pamela cristina de sousa guardiano reis
Transcript of pamela cristina de sousa guardiano reis
1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
PAMELA CRISTINA DE SOUSA GUARDIANO REIS
DESENVOLVIMENTO, CARACTERIZAÇÃO, ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA E ESTABILIDADE DE
MICROCÁPSULAS DE OLEORRESINA DE CÚRCUMA
Goiânia
2013
1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
PAMELA CRISTINA DE SOUSA GUARDIANO REIS
DESENVOLVIMENTO, CARACTERIZAÇÃO, ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA E ESTABILIDADE DE
MICROCÁPSULAS DE OLEORRESINA DE CÚRCUMA
Goiânia
2013
Dissertação apresentada à Coordenação do
Programa de Pós- Graduação em Ciência e
Tecnologia de Alimentos da Escola de
Agronomia e Engenharia de Alimentos da
Universidade Federal de Goiás, como exigência
para obtenção do título de Mestre em Ciência e
Tecnologia de Alimentos.
Orientador: Prof. Dr. Ângelo Luiz Fazzani
Cavallieri
2
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE
ALIMENTOS
PAMELA CRISTINA DE SOUSA GUARDIANO REIS
DESENVOLVIMENTO, CARACTERIZAÇÃO, ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA E ESTABILIDADE DE
MICROCÁPSULAS DE OLEORRESINA DE CÚRCUMA
Dissertação DEFENDIDA e APROVADA em 15 de fevereiro de 2013, pela Banca
Examinadora constituída pelos membros:
____________________________________________________
Prof. Dr. Celso José de Moura
EA/UFG
____________________________________________________
Prof.(a) Dr.(
a) Adriana Régia Marques de Souza
EA/UFG
_____________________________________________________
Prof. Dr. Ângelo Luiz Fazani Cavallieri
Orientador: EA/UFG
3
Dedico este trabalho a Deus que me presenteou com o dom da vida
E a Nossa Senhora, pela intercessão amorosa!
Ao meu noivo Fabrício, minha mãe Edite e meus irmãos Paulo Junior e Rodrigo!
4
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao meu Pai do céu, meu Deus, que a cada amanhecer me deu forças para levantar e
seguir essa árdua caminhada.
A Santa Mãe Maria, que me envolveu com seu manto de amor e me acalentou nos momentos
de agonia e medo.
A minha mãe Edite e aos meus irmãos Paulo Junior e Rodrigo, que mesmo sem entender
direito o sentido do meu projeto, com profundo amor, acreditaram na minha capacidade,
compreendendo as minhas ausências e, incondicionalmente, torcendo pela minha vitória.
Ao meu noivo Fabrício (Fofucho*) que apertou forte a minha mão pra que eu não caísse, mas
que a cada inevitável queda, me levantou, sempre me incentivando com seu amor e me
lembrando do quanto sou capaz.
Ao professor Ângelo Luiz Fazani Cavallieri que corajosamente se arriscou comigo nessa
empreitada, tomando o leme dessa embarcação e me orientando a navegar novos mares.
Ao professor Edemilson Conceição que cedeu não só o seu laboratório para a pesquisa, como
também a sua atenção, ouvidos e sábias palavras de motivação.
À professora Mara Reis, por suas singulares generosidade e firmeza, que me tornaram ainda
mais cuidadosa e atenciosa com tudo que me foi confiado.
Ao professor Robson Geraldine, por ter cedido o material de consumo para as minhas análises
microbiológicas e por seu exemplar comportamento respeitoso e ético.
À bióloga, técnica (e amiga) Camila Alves Rodrigues (“Camilete”), que não mediu esforços,
ética, sorrisos e ensinamentos para que eu chegasse ao fim desse percurso.
Ao Tiago Dias, químico e técnico, por ter me ajudado prontamente, sempre que estive no
laboratório para realizar minhas análises, dividindo comigo seu grande conhecimento.
Aos professores Adriana Régia Marques de Souza e Celso José de Moura, por mais uma vez
aceitarem fazer parte dessa história, agregando um valor imensurável não só à minha pesquisa
como também à minha vida.
Às minhas amigas: Lara Bueno (que me deu não só muitas caronas, como também conselhos,
broncas, força e carinho em vários momentos dessa difícil caminhada, como em vários outros
momentos desses 15 anos de amizade!); Lucidarce da Matta (“Lucinha”, por cumprir com
excelência o papel de „irmã mais velha‟, ensinando, ensinando e ainda não desistindo de
ensinar essa iniciante em microencapsulação, além da amizade que se estendia aos pés de
manga e sorveteria!); Aline Medeiros (“Line”, por me dar o prazer de sua presença em minha
5
vida, além da graduação para o mestrado, sempre muito amorosa e com uma doçura
admirável!); Camila Checker (pela determinação, persistência e torcida pra que tudo desse
certo no final, mostrando que se ainda não tinha dado certo era porque ainda não era o fim!);
Thays Helena (que mesmo em outro continente continuou estendendo seus bons desejos
sinceros!) e Renata Martins (que inacreditavelmente, deixou o seu filho em casa e aceitou a
proposta „irrecusável‟ de ir à faculdade e ajudar-nos a concluir os queridos testes
microbiológicos!).
À Universidade Federal de Goiás e todos os que dela fazem parte, desde os encarregados pela
limpeza ao magnífico reitor da instituição.
À Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão
da bolsa de estudos.
Enfim... A todos vocês que não poderiam deixar de fazer parte desse novo capítulo da minha
história: Muito obrigada!
6
Como certo é o raiar do sol pela manhã,
É a certeza do perfume da flor que vou sentir!
Assim eu creio nas promessas que meu Pai tem para mim
E como Moisés eu sei vou ver o meu mar se abrir!
Pamela Cristina
7
RESUMO
Este trabalho teve por objetivo geral desenvolver microcápsulas contendo oleorresina de
cúrcuma e aglomerado derivado da cúrcuma suspensos em óleo de canola, a partir de
concentrado de proteína do soro do leite, material encapsulante, e avaliar a sua atividade
antimicrobiana. Cúrcuma in natura adquirida no município de Mara Rosa foi submetida a
fatiamento e desidratação em estufa com circulação de ar. Obteve-se um pó que, após
sucessivas lavagens com etanol gerou o extrato etanólico contendo oleorresina de cúrcuma
que foi rotaevaporado gerando a oleorresina de cúrcuma. Esse extrato foi submetido a uma
filtração a vácuo, a fim de se retirar frações sólidas, e obteve-se dessa filtração um
aglomerado de cúrcuma. Tanto o extrato contendo oleorresina quanto esse produto
aglomerado obtido pela filtração foram suspensos em óleo de canola e utilizados como
material de recheio para desenvolvimento de microcápsulas. As microcápsulas obtidas
apresentaram boa esfericidade concluindo que o concentrado proteico do soro de leite
constituiu um bom material encapsulante para o núcleo estudado. As microcápsulas e o
extrato de oleorresina livre foram levados para análise de atividade antibacteriana através de
teste de difusão em ágar e concluiu-se que o extrato de oleorresina de cúrcuma pode ser tido
como um agente antimicrobiano em potencial; nenhuma das microcápsulas apresentou ação
antimicrobiana contra o fungo, mas contra a bactéria apresentaram ação bacteriostática. Foi
avaliado também o comportamento das microcápsulas determinando suas isotermas de sorção,
estabilidade térmica e temperatura de transição vítrea. Diante do estudo concluiu-se que: as
microcápsulas de oleorresina apresentaram boa estabilidade térmica sob temperaturas que não
ultrapassassem 225°C; enquanto que as de aglomerado de cúrcuma apresentaram boa
estabilidade sob temperaturas um pouco maiores, até 250°C, sendo estes resultados não
conclusivos, necessitando-se de estudos de caracterização dos padrões.
Palavras-chave: cúrcuma; microcápsulas; microorganismos; isotermas; transição vítrea
8
DEVELOPMENT, CHARACTERIZATION, ANTIMICROBIAL ACTIVITY AND
STABILITY OF MICROCAPSULES OLEORESIN TURMERIC
ABSTRACT
This study aimed to develop general microcapsules containing turmeric oleoresin and cluster
derived from turmeric suspended in canola oil from concentrated whey protein, encapsulating
material, and evaluate their antimicrobial activity. Turmeric gained fresh in the municipality
of Mara Rosa underwent slicing and dehydration in an oven with air circulation. Obtained as a
powder after successive washes with ethanol generated containing the ethanol extract of
turmeric oleoresin which was rotaevaporado generating the turmeric oleoresin. This extract
was subjected to vacuum filtration in order to remove solid fractions, and this filtration gave a
cluster of turmeric. Both the extract containing oleoresin such as agglomerated product
obtained by filtration were suspended in canola oil and used as core material for developing
microcapsules. The microcapsules obtained had good sphericity concluding that the protein
concentrate of whey was a good encapsulating material to the core studied. The microcapsules
and free oleoresin extract were taken for analysis of antibacterial activity using agar diffusion
test and found that the extract of turmeric oleoresin can be regarded as a potential
antimicrobial agent, none of the microcapsules showed antimicrobial activity against fungus,
but against the bacteria showed bacteriostatic action. We evaluated the behavior of the
microcapsules determining their sorption isotherms, thermal stability and glass transition
temperature. Before the study concluded that: the microcapsules oleoresin showed good
thermal stability at temperatures that did not exceed 225 ° C, while the turmeric powder had
good stability under temperatures slightly higher, up to 250 ° C, and these results do not
conclusive, necessitating characterization studies of the patterns.
Keywords: turmeric; microcapsules; microorganisms; isotherms; glass transition
9
LISTA DE FIGURAS
Parte 1 ...................................................................................................................................... 16
INTRODUÇÃO E REVISÃO GERAL DA DISSERTAÇÃO ............................................ 17
Figura 1. Ilustração da planta (1) e do rizoma (2) da cúrcuma ............................................... 21
Figura 2. Estruturas Químicas dos Pigmentos Curcuminóides da Curcuma longa L. ............ 24
Parte 2 ...................................................................................................................................... 38
Artigo 1. MICROENCAPSULAÇÃO DE OLEORRESINA E AGLOMERADO DE
CÚRCUMA (CURCUMA LONGA L.) POR SRAY DRYING: DA EXTRAÇÃO DA
OLEORRESINA À MORFOLOGIA E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA DAS MICROCÁPSULAS ................................................................ 39
Figura 1. Fluxograma de execução do experimento ................................................................ 45
Figura 2. Histograma de análise do tamanho das partículas formadas na emulsão para
obtenção das MOC e das MAC. ............................................................................................... 52
Figura 3. Fotomicrografia de partículas de oleorresina de cúrcuma em óleo de canola e WPC
.................................................................................................................................................. 53
Figura 4. Fotomicrografia de partículas de aglomerado de cúrcuma em óleo de canola e WPC
.................................................................................................................................................. 53
Figura 5. Microcápsulas de óleo de canola e aglomerado obtido por filtração do extrato
contendo oleorresina de cúrcuma, constituídas por concentrado proteico de soro de leite. A
imagem a) magnitude 2000x e imagem b) magnitude de 5000x. ............................................. 54
Figura 6. Microcápsulas de óleo de canola e extrato contendo oleorresina de cúrcuma,
constituídas por concentrado proteico de soro de leite. A imagem a) magnitude 2000x e
imagem b) magnitude de 5000x. .............................................................................................. 55
Figura 7. Curva padrão (concentração x absorbância) para pigmentos curcuminóides
(expressos em curcumina) ........................................................................................................ 57
Figura 8. Discos de microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e pó de cúrcuma e oleorresina
de cúrcuma livre sobre Salmonella choleraesuis ..................................................................... 62
Figura 9. Discos de microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e pó de cúrcuma e oleorresina
de cúrcuma livre sobre Aspergillus niger ................................................................................. 62
Artigo 2. DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA E
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO VÍTREA DAS MICROCÁPSULAS DE
OLEORRESINA E DE AGLOMERADO DE CÚRCUMA (CÚRCUMA LONGA L.) .... 67
10
Figura 1. Fluxograma de execução do experimento ................................................................ 72
Figura 2. Isotermas de adsorção de água das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma em
concentrado proteíco de soro de leite determinadas a 20°C, 30°C e 40°C. ............................. 75
Figura 3. Isotermas de adsorção de água das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma em
concentrado proteico de soro de leite determinadas a 20°C, 30°C e 40°C. ............................. 77
11
LISTA DE TABELAS
Parte 1 ...................................................................................................................................... 16
INTRODUÇÃO E REVISÃO GERAL DA DISSERTAÇÃO ............................................ 17
Parte 2 ...................................................................................................................................... 38
Artigo 1. MICROENCAPSULAÇÃO DE OLEORRESINA E AGLOMERADO DE
CÚRCUMA (CURCUMA LONGA L.) POR SRAY DRYING: DA EXTRAÇÃO DA
OLEORRESINA À MORFOLOGIA E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA DAS MICROCÁPSULAS ................................................................ 39
Tabela 1. Características da cúrcuma em pó desidratada ........................................................ 56
Tabela 2. Caracterização do extrato de oleorresina ................................................................. 56
Tabela 3. Características do óleo de canola ............................................................................. 58
Tabela 4. Resultados dos teores de umidade e atividade água das microcápsulas* ................ 58
Tabela 5. Higroscopicidade MOC e MAC* ............................................................................ 59
Tabela 6. Rendimento do processo de microencapsulação ..................................................... 60
Tabela 7. Resultado da análise de eficiência da microencapsulação ....................................... 60
Artigo 2. DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA E
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO VÍTREA DAS MICROCÁPSULAS DE
OLEORRESINA E DE AGLOMERADO DE CÚRCUMA (CÚRCUMA LONGA L.) .... 67
Tabela 1. Parâmetros dos ajustes dos modelos isotermas de adsorção das microcápsulas de
oleorresina de cúrcuma, os coeficientes de correlação (R²) e os erros médios relativos (%E) 76
Tabela 2. Parâmetros dos ajustes dos modelos isotermas de adsorção das microcápsulas de pó
de cúrcuma, os coeficientes de correlação (R²) e os erros médios relativos (%E) ................... 78
12
SUMÁRIO
RESUMO....... ............................................................................................................................ 7
ABSTRACT .............................................................................................................................. 8
Parte 1 ...................................................................................................................................... 16
INTRODUÇÃO E REVISÃO GERAL DA DISSERTAÇÃO ............................................ 17
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 18
2 REVISÃO DA LITERATURA .......................................................................................... 20
2.1 CÚRCUMA ....................................................................................................................... 20
2.2 ANTIOXIDANTES .......................................................................................................... 24
2.3 OLEORRESINA ............................................................................................................... 26
2.4 MICROENCAPSULAÇÃO ............................................................................................. 27
2.5 ISOTERMAS DE SORÇÃO ........................................................................................... 30
3 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 32
3.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................................ 32
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................... 32
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 33
Parte 2 ...................................................................................................................................... 38
Artigo 1. MICROENCAPSULAÇÃO DE OLEORRESINA E AGLOMERADO DE
CÚRCUMA (CURCUMA LONGA L.) POR SRAY DRYING: DA EXTRAÇÃO DA
OLEORRESINA À MORFOLOGIA E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA DAS MICROCÁPSULAS ................................................................ 39
RESUMO…. ............................................................................................................................ 40
ABSTRACT ............................................................................................................................ 41
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 42
2 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 44
13
2.1 MATERIAL ....................................................................................................................... 44
2.2 MÉTODOS ......................................................................................................................... 45
2.2.1 Obtenção de extrato etanólico de cúrcuma ................................................................. 45
2.2.2 Processo de obtenção das microcápsulas ..................................................................... 46
2.2.3 Caracterização morfológica dos encapsulados - microscopia ................................... 47
2.2.3.1 Microscopia Ótica e Análise do Tamanho de Partícula ............................................... 47
2.2.3.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .............................................................. 47
3 ANÁLISES ........................................................................................................................... 48
3.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DO MATERIAL DE PAREDE ................. 48
3.1.1 Teor de umidade ............................................................................................................ 48
3.1.2 Teor de cinzas ................................................................................................................ 48
3.1.3 Teor de proteínas ........................................................................................................... 48
3.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DO MATERIAL DE RECHEIO ............... 48
3.2.1 Cúrcuma em pó (Curcuma longa L.) ............................................................................ 48
3.2.2 Extrato contendo oleorresina de cúrcuma .................................................................. 48
3.2.1.1 Teor de curcumina da oleorresina de cúrcuma ............................................................. 49
3.2.1.2 Aspectos reológicos ...................................................................................................... 49
3.2.2 Óleo de canola ................................................................................................................ 49
3.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DAS MICROCÁPSULAS ........................ 50
3.3.1 Determinação do teor de curcumina das microcápsulas ........................................... 50
3.3.2 Higroscopicidade ........................................................................................................... 50
3.3.3 Rendimento da Microencapsulação ............................................................................. 50
3.3.4 Eficiência da Microencapsulação ................................................................................. 50
3.4 DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA IN VITRO ......................... 51
3.6 ANÁLISE ESTATÍSTICA ................................................................................................. 51
14
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 52
4.1 CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA DOS ENCAPSULADOS - MICROSCOPIA . 52
4.1.1 Microscopia ótica e análise do tamanho de partícula ................................................ 52
4.1.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) .............................................................. 53
4.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO MATERIAL DE PAREDE .................... 55
4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO MATERIAL DE RECHEIO .................. 55
4.3.1 Cúrcuma em pó (Curcuma longa L.) ............................................................................ 55
4.3.2 Extrato contendo oleorresina de cúrcuma .................................................................. 56
4.2.2.1 Aspectos reológicos ...................................................................................................... 56
4.2.2.2 Teor de curcumina do extrato contendo oleorresina .................................................... 57
4.2.3 Óleo de canola ................................................................................................................ 57
4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DAS MICROCÁPSULAS ........................ 58
4.3.1 Determinação do teor de curcumina nas microcápsulas ........................................... 58
4.3.2. Higroscopicidade .......................................................................................................... 59
4.3.3 Rendimento da microencapsulação ............................................................................. 59
4.3.4 Eficiência da microencapsulação ................................................................................. 60
4.4 DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA IN VITRO DAS
MICROCÁPSULAS DE OLEORRESINA DE CÚRCUMA E AGLOMERADO DE
CÚRCUMA .............................................................................................................................. 60
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 63
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 64
Artigo 2. DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA E
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO VÍTREA DAS MICROCÁPSULAS DE
OLEORRESINA E DE AGLOMERADO DE CÚRCUMA (CÚRCUMA LONGA L.) .... 67
RESUMO… ............................................................................................................................. 68
ABSTRACT ............................................................................................................................ 69
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 70
15
2 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 72
2.1 MATERIAIS ...................................................................................................................... 72
2.2 MÉTODOS ......................................................................................................................... 72
2.2.1 Determinação das Isotermas de Sorção ....................................................................... 72
2.2.2 Estabilidade Térmica .................................................................................................... 73
2.3 ANÁLISES TÉRMICAS .................................................................................................... 73
2.3.1 Ensaios de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ......................................... 73
2.3.2 Termogravimetria (TG) ................................................................................................ 73
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 75
3.1 DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE SORÇÃO .................................................... 75
3.2 ANÁLISES TÉRMICAS .................................................................................................... 79
3.2.1 Ensaios de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) ......................................... 79
3.2.2 Termogravimetria (TG) ................................................................................................ 79
4 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 80
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 81
CONCLUSÃO GERAL ......................................................................................................... 83
ANEXOS
16
Parte 1
17
INTRODUÇÃO E REVISÃO GERAL DA DISSERTAÇÃO
18
1 INTRODUÇÃO
No Brasil, a preocupação com a saúde e a busca por meios que promovam a qualidade
de vida tem sido uma característica crescente. Com o desenvolvimento observado na indústria
alimentícia, somado ao forte apelo das campanhas de marketing, tornou-se importante
desenvolver alimentos que, além de atributos sensoriais apreciáveis, contenham elementos
que agreguem a eles funcionalidade (LEMOS, 1999).
Esse padrão de desenvolvimento motivou o aparecimento de um mercado de alimentos
elaborados, cuja diversificação e sofisticação alcançam a condição socioeconômica de uma
parcela da população que se torna significativa ao mercado, em termos de poder aquisitivo
(LEMOS, 1999).
Uma boa alternativa encontrada pela indústria para proteger, prolongar e controlar a
adição de um determinado ingrediente a um alimento foi a microencapsulação (SHAHIDI;
HAN, 1993). Método baseado na preparação de uma emulsão entre o composto a ser
encapsulado (composto bioativo) e o agente encapsulante (proteínas e/ou polissacarídeos),
seguido de secagem da emulsão por atomização para a formação do envoltório de
revestimento (FAVARO-TRINDADE et al., 2008) e, consequentemente, segurança do
composto bioativo, como por exemplo agentes antioxidantes.
Os antioxidantes são utilizados como aditivos alimentares, a fim de evitar a
deterioração oxidativa de óleos e gorduras em alimentos processados. No entanto, devido à
limitação do uso de antioxidantes sintéticos e a maior consciência pública em relação aos
problemas de saúde, há uma forte demanda pela adição de antioxidantes naturais em
alimentos, tais como em produtos de panificação (NANDITHA; PRABHASANKAR, 2009).
Substâncias naturais encontradas em plantas, os fitoquímicos derivados de
componentes dietéticos, têm despertado grande interesse público e científico, por terem
grande potencial antioxidante e seu uso associado ao combate de doenças (SHARMA;
GESCHER; STEWARD, 2005).
Dentre esses fitoquímicos com promissora ação antioxidante destaca-se a cúrcuma
(Curcuma longa L.), uma das especiarias mais populares dentre as que contêm antioxidantes
naturais (TUBA; ILHAMI, 2008), que por seu sabor forte e sua coloração amarelada
marcante, não tem sua utilização restrita apenas à alimentação.
Além de sua substância corante, contém óleos essenciais de excelentes qualidades
19
técnicas e organolépticas (DUARTE et al. 1989), com características antioxidante e
antimicrobiana (PRUTHI, 1980), que juntos possibilitam estender sua utilização aos mercados
de perfumaria, medicinal, têxtil, condimentar, alimentício e agricultura (VILELA; ARTUR,
2008).
Dentre os produtos derivados da cúrcuma está a oleorresina, material resinoso, que
tem sido difundido na indústria alimentícia por sua fácil incorporação e isenção de
contaminação antimicrobiana, podendo aumentar a estabilidade oxidativa de produtos
alimentares comportando-se como antimicrobiano e antioxidante.
Diante do exposto, o propósito deste trabalho foi desenvolver microcápsulas contendo
extrato de oleorresina de cúrcuma, a partir de concentrado de proteína do soro do leite como
material encapsulante, e avaliar a sua ação antimicrobiana.
20
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 CÚRCUMA
Substâncias naturais encontradas em plantas, os fitoquímicos derivados de
componentes dietéticos, têm despertado grande interesse público e científico, por terem
grande potencial antioxidante e seu uso associado ao combate de doenças, especialmente as
duas mais comuns causas de morte no mundo desenvolvido, doenças cardiovasculares e
câncer (SHARMA; GESCHER; STEWARD, 2005).
Dentre esses fitoquímicos destaca-se a cúrcuma (Curcuma longa L.). Membro da
família Zingiberaceae, subordem Zingiberoidae, originária do sudeste asiático, está presente
na China, Norte da Austrália, Antilhas e América do Sul. Têm-se relatos de que 80% da
produção mundial de cúrcuma estão na Índia (3,22 hectares de cultivo, com uma produção
total de 14 ton/há), sendo, portanto, o maior exportador mundial (PARTHASARATHY et al.,
2008).
Trata-se de uma das especiarias mais populares dentre as que contêm antioxidantes
naturais (TUBA; ILHAMI, 2008). Pode também receber a denominação de açafrão, açafrão-
da-índia, açafrão-da-terra, açafroa, açafroeira, açafroeiro-da-índia, batata-amarela, gengibre-
amarelo, gengibre-dourada e mangarataia (LORENZI; MATOS, 2002).
É uma planta do tipo herbácea e perene, de pequeno porte, muito cultivada nos países
asiáticos (AGGARWAL et al., 2005). Atinge, em média, 120 a 150 centímetros de altura em
condições favoráveis de clima e solo. As folhas grandes, oblongo-lanceoladas e oblíquo-
nervadas, emanam um perfume agradável quando amassadas. Possui pecíolos tão compridos
quanto os limbos, que reunidos em sua base, formam o pseudocaule. O rizoma principal ou
central é piriforme, arredondado ou ovoide, com ramificações secundárias laterais, compridas,
também tuberizadas (HERTWIG, 1986).
O crescimento é agrupado no solo, abaixo do colo da planta (Figura 1), organizado
numa estrutura normalmente denominada "mão", onde os rizomas menores, "dedos",
agrupam-se ao redor de um maior chamado "pião" (MAIA, 1991). São os rizomas que
representam o interesse econômico da cultura.
21
(1) (2)
Figura 1. Ilustração da planta (1) e do rizoma (2) da cúrcuma
Fonte: claudiaroma.blogspot.com; Spanish.alibaba.com
Introduzida no Brasil por volta de 1980, a cúrcuma teve boa adaptação, sendo
cultivada principalmente nos estados de Goiás, Mato Grosso e São Paulo. A produtividade
nacional é de 12 ton/ha, contudo, estudos feitos na Universidade Federal de Lavras, obtiveram
rendimento de 25 ton/ha utilizando técnicas adequadas de plantio, tais como, espaçamento de
40 cm entre plantas e adubação com nitrogênio, fósforo e potássio (CECÍLIO FILHO, 1996).
O município de Mara Rosa em Goiás é considerado a capital do açafrão por responder por
cerca de 90% da produção goiana e abrigar aproximadamente 200 produtores trabalhando sob
a forma de agricultura familiar, além de algumas empresas intermediadoras da
comercialização da cúrcuma (BARTHOLO; MOURA; ALMEIDA, 2004).
Apesar de outras localidades produzirem cúrcuma, a região reúne uma série de ativos
locais que permitem que a municipalidade seja competitiva no contexto nacional. O volume
anual da produção em Mara Rosa varia de 500 a 1.000 toneladas secas, sendo o custo variável
médio da produção de R$ 0,50/Kg e o preço médio de venda de R$ 0,99/Kg. Entretanto, a
exploração feita com baixa tecnologia tem dificultado o crescimento da área de cultivo
(GLOBO RURAL, 1994) e certamente, comprometido à produtividade.
22
Diante dessa elevada produtividade na região de Mara Rosa e, tendo em vista a
necessidade de se incorporar valor a esse produto tradicional, revelou-se de grande
importância a geração de novas possibilidades de aplicação da cúrcuma, a partir de conceitos
tecnológicos avançados, resultando em crescimento do mercado e aumento da renda para a
população local (BARTHOLO; MOURA; ALMEIDA, 2004).
Há tempos utilizada como condimento, a cúrcuma é bastante confundida com o
açafrão verdadeiro (Crocus sativus L.), planta de clima mediterrâneo, não cultivada no país,
sendo empregadas na culinária com objetivos semelhantes (OLIVEIRA; GHIRALDINI;
SACRAMENTO, 1992).
Por seu sabor forte e sua coloração amarelada marcante, a cúrcuma não tem sua
utilização restrita apenas à alimentação. Além de sua substância corante, contém óleos
essenciais de excelentes qualidades técnicas e organolépticas (DUARTE et al. 1989), com
características antioxidante e antimicrobiana (PRUTHI, 1980), que juntos possibilitam
estender sua utilização aos mercados de perfumaria, medicinal, têxtil, condimentar,
alimentício e agricultura (VILELA; ARTUR, 2008).
O apelo da cúrcuma como conservante de alimentos, corante e aromatizante é global.
De acordo com a Organização para a Alimentação e Agricultura das Nações Unidas, mais de
2.400 toneladas de açafrão são importadas anualmente para os EUA para o uso domiciliar
(SHARMA; GESCHER; STEWARD, 2005).
Na medicina são diversas as aplicações por possuir vários efeitos farmacológicos,
incluindo ação anti-inflamatória, atividades anticancerígenas e antitumorais (ANAND et al.,
2007;. DUVOIX et al., 2005;. MAHESHWARI et al., 2006; SHARMA ; GESCHER;
STEWARD 2005).
Já na agricultura, a cúrcuma tem sido bastante utilizada para controle de pragas
(KHUN, 2006). Objetivando a redução dos efeitos negativos do uso de agrotóxicos e o
aumento da produção de alimentos de melhor qualidade têm-se buscado novas medidas de
proteção das plantas contra as doenças. Diante disso, vários estudos estão sendo
desenvolvidos na busca por pesticidas naturais, sendo que os extratos vegetais aparecem como
fontes potenciais para o desenvolvimento desses novos produtos. O uso de produtos naturais
no controle de doenças de plantas representa um meio eficiente para a redução do uso de
defensivos agrícolas (KIMATI et al. 1997).
No setor alimentício, depois de secos, os rizomas da cúrcuma são pulverizados, ou são
extraídos deles óleos essenciais, posteriormente podendo ser utilizados como corantes
23
naturais, antioxidantes e antimicrobianos, funcionalidade conferida pela curcumina, seu
principal composto identificado como princípio ativo (FILHO et al., 2000).
Os rizomas secos da cúrcuma tem composição média de 13,1% de água; 6,3% de
proteínas; 5,1% de gorduras; 69,4% de carboidratos; 3,5% de cinzas e 2,6% de fibras. Quando
destilados apresentam entre 1,3 e 5,55 de óleo essencial (PURSEGLOVE, 1972).
A cúrcuma é constituída de turmerina (um péptido solúvel em água), óleos essenciais
(por exemplo, turmerones e atlantones e zingibereno) e, de seus principais componetes ativos,
pigmentos curcuminóides, incluindo a curcumina [1,7-bis-(4-hidroxi-5-metoxifenil)-1,6-
heptadieno-3,5-diona], desmetoxicurcumina e bis-desmetoxicurcumina, que podem ser
definidos como compostos fenólicos derivados das raízes da cúrcuma (SHARMA;
GESCHER; STEWARD, 2005).
Os pigmentos que fornecem cor à cúrcuma são análogos estruturalmente e pertencem à
classe dos diferoluilmetanos. A curcumina possui dois grupos metoxila (OCH3), a
desmetoxicurcumina apenas um, e a bisdesmetoxicurcumina nenhum (Figura 2). São
representados principalmente pela curcumina, cuja concentração pode variar de 1,5 a 7,1%
(GOVINDARAJAN, 1980), em média 2,5% (PEREIRA, 1998). Quimicamente, a curcumina
exibe tautomerismo ceto-enólico tendo uma forma ceto predominante em soluções ácidas e
neutras e forma enol estável em meio alcalino. E, comercialmente, sua composição é de cerca
de 80% de diferuloilmetano, 17% de desmetoxicurcumina e 6% de bisdemetoxicurcumina
(Figura 2) (AGGARAWAL; KUMAR; BHARTI, 2003).
A curcumina é um fitoquímico polifenol hidrofóbico de baixo peso molecular,
derivado do pó do rizoma da Curcuma longa, erva que tem um amplo espectro de atividades
biológicas e farmacológicas (AGGARAWAL; KUMAR; BHARTI, 2003). Trata-se de um
pigmento fenólico amarelo, com ação antioxidante eficaz que pode eliminar os radicais
superóxido, peróxido de hidrogênio e óxido nítrico por macrófagos ativados.
Os compostos fenólicos presentes na cúrcuma são responsáveis por seu efeito
antioxidante. Estudos desenvolvidos com extratos do rizoma da cúrcuma identificaram que a
substância detinha atividades antioxidante, antimicrobiana, anti-inflamatória e anticancerígena
(GOVINDARAJAN, 1980; RAMIREZ-TORTOSA et al., 1998; LEE et al., 2003).
Os pigmentos possuem duas hidroxilas fenólicas, sendo um composto ß- dicarbonílico,
e um grupo dicetona, tidos como as principais classes de metabólitos responsáveis pelas
propriedades nutracêuticas do rizoma da cúrcuma, seguidos dos óleos voláteis: zingibereno,
felandreno, cineol, sabineno e borneol (LACHANCE et al., 1997).
24
Figura 2. Estruturas Químicas dos Pigmentos Curcuminóides da Curcuma longa L. Fonte: ALMEIDA, 2006.
Apesar de seus numerosos benefícios à saúde, existem ainda poucos estudos que
viabilizam promover o uso do açafrão em pó em formulações de alimentos. No entanto, seu
uso como um agente antioxidante e antimicótico em bolos de manteiga foi relatado
anteriormente (LEAN; MOHAMED, 1999).
2.2 ANTIOXIDANTES
Os antioxidantes são utilizados como aditivos alimentares, a fim de evitar a
deterioração oxidativa de óleos e gorduras em alimentos processados. No entanto, devido à
limitação do uso de antioxidantes sintéticos e a maior consciência pública em relação aos
problemas de saúde, há uma necessidade crescente de promoção da saúde e adição de
antioxidantes naturais em alimentos, tais como em produtos de panificação (NANDITHA;
PRABHASANKAR, 2009).
Os radicais livres podem ser gerados por várias reações biológicas no corpo e estes são
capazes de danificar biomoléculas importantes. Uma vez no organismo, se eles não são
eficazmente eliminados por constituintes celulares, podem conduzir a condições de doença. A
25
ação prejudicial de radicais livres pode ser bloqueada por substâncias antioxidantes, que
limpam os radicais livres e desintoxicam o organismo. Pesquisas atuais têm confirmado que
os alimentos ricos em antioxidantes desempenham um papel essencial na prevenção de
doenças cardiovasculares, cânceres e doenças neurodegenerativas, assim como inflamação e
problemas causados pelo envelhecimento cutâneo (FAN, ZHANG, YU; MA, 2006).
Os antioxidantes são importantes para o controle de doenças degenerativas em que o
dano oxidativo tem sido implicado. Existem diferentes fontes vegetais que contêm
antioxidantes importantes e eles são preferíveis em relação antioxidantes sintéticos, tais como
hidroxitolueno butilado (BHT) e butilado hidroxianisole (BHA), que são relatados como
tóxicos para a saúde humana (LEAN; MOHAMED, 1999).
Estudos têm sido realizados para encontrar fontes potenciais de antioxidantes naturais
em pães de trigo. Foi avaliada a propriedade antioxidante e a qualidade dos pães contendo
polissacarídeo auricularia auricular (AAP) de farinha. A incorporação do AAP no pão
aumentou acentuadamente a atividade antioxidante do alimento, como testado por método de
DPPH para radicais livres (FAN, ZHANG, YU; MA, 2006).
Foram analisadas também as propriedades antioxidantes e os perfis sensoriais de pães
em que a farinha de trigo 40% foi substituída por farinha de cevada. A incorporação da
cevada aumentou as propriedades antioxidantes dos pães e a avaliação sensorial mostrou
diferenças entre os atributos sensoriais, dependendo da variedade de cevada utilizada. Houve
uma boa consistência entre os atributos sensoriais e a quantidade de compostos fenólicos em
pão de cevada (HOLTEKJØLEN, BÆVRE, RØDBOTTEN, BERG; KNUTSEN, 2008).
Outro estudo revelou que o trigo poderia ser incorporado em pão de trigo para
obtenção de uma melhor composição funcional e melhoria das propriedades antioxidantes no
pão (LIN, LIU, YU, LIN; MAU, 2009).
Em outro estudo, o pó da cúrcuma foi acrescido à farinha de trigo para fabricação de
pão em níveis de substituição de 0%, 2%, 4%, 6% e 8%. As matérias-primas para fabricação
do pão foram pesadas de acordo com as proporções da fórmula. 0, 10, 20, 30 e 40 g de
cúrcuma em pó foram incorporados em 1000, 990, 980, 970 e 960 g de farinha de trigo,
respectivamente. As quantidades dos outros ingredientes foram semelhantes para as diferentes
formulações: 80 g de açúcar, 20 g de sal, 20 g de levedura, 30 g de manteiga, 20 g de leite em
pó desnatado, 24 g de melhorador e 650 g de água (LIM; PARK; GHAFOOR; HWANG;
PARK, 2011).
26
Os resultados deste trabalho mostraram que até 4% de açafrão em pó pode ser incluído
numa formulação de pão, sem qualquer interferência significativa em relação à aceitabilidade
sensorial do mesmo. Por outro lado, a incorporação do açafrão em pó aumentou
consideravelmente os teores de curcumina e fenólicos totais e a atividade antioxidante do pão.
Pode-se inferir, portanto, que o açafrão em pó coreano pode ser efetivamente incorporado em
pães gerando aumento dos componentes funcionais e das propriedades antioxidantes (LIM;
PARK; GHAFOOR; HWANG; PARK, 2011).
Pesquisas têm indicado o potencial de extratos da cúrcuma para o controle de
fitopatógenos, especialmente fungos, como Colletotrichum gloeosporioides, Rhizoctonia
solani e Aspergillus sp.(SAJU; VENUGOPAL; MATHEW, 1998), Fusarium udum (SINGH;
RAI, 2000) e Macrophomina phaseolina (RAJA; KURUCHEVE, 1998). Dos rizomas da
cúrcuma, o produto mais industrializado é a cúrcuma em pó, seguido da curcumina purificada
e da oleorresina de cúrcuma (FILHO et al., 2000).
2.3 OLEORRESINA
As oleorresinas são misturas de compostos como óleos voláteis, materiais resinosos e
graxos não voláteis, pigmentos e outros ingredientes ativos, extraídos por solventes
adequados. Seu uso tem aumentado significativamente na indústria de alimentos,
especialmente em alimentos congelados, semi-prontos e suplementos de alimentos (molhos,
cremes, etc.) em virtude da facilidade de processamento (mistura, sabor uniforme e economia)
e por ser livre de contaminação microbiana (FERREIRA, 1991).
Trata-se de um extrato obtido com solvente que apresenta, além dos compostos
voláteis, uma fração fixa, composta principalmente por substâncias responsáveis pela
pungência, antioxidantes, triacilgliceróis e pigmentos (GIESE, 1991). Sua aplicação em
alimentos se explica tanto por conferir sabor quanto para aumentar a estabilidade oxidativa
dos lipídeos, aumentando a vida de prateleira de alimentos ricos em óleos e gorduras. O
potencial antioxidante em alimentos gordurosos e em óleos é uma crescente demanda na
indústria de alimentos, que requer produtos naturais que possam substituir os antioxidantes
sintéticos (MADSEN; BERTELSEN, 1995).
A oleorresina da cúrcuma apresenta significativa propriedade antioxidante. Obtida por
extração com solventes orgânicos, a partir do pó da cúrcuma, tem rendimento de,
27
aproximadamente, 12% (SANTOS; OLIVEIRA, 1991). A escolha destes solventes está
condicionada à sua pureza e à permissão de uso para fins alimentícios pela legislação vigente
a nível nacional e internacional. A eficiência da extração, facilidade e economia na
recuperação do solvente, de modo a deixar níveis residuais mínimos no produto final, também
são levadas em conta (MARTINS, 1994). Álcool etílico e acetona têm sido indicados como
bons solventes. Apresenta em sua composição, 30-55% de pigmentos curcuminóides e 15-
25% de óleo volátil (SILVA; NELSON; DRUMMOND; DUFOSSÉ; GLÓRIA, 2005).
Trata-se de um produto altamente viscoso de coloração marrom alaranjada. Todavia,
quando diluído a níveis de uso, obtém-se uma coloração amarelo brilhante. Possui o aroma
característico da cúrcuma in natura, pungente e de sabor amargo. Sua função predominante é
colorir, sendo largamente utilizado em picles, maionese, mostarda, revestimento de filés de
peixe congelado, produtos cárneos, massas alimentícias, sucos, gelatinas, queijos e manteiga
(SANTOS; OLIVEIRA, 1991).
Apesar de apresentar inúmeras vantagens em relação à cúrcuma em pó, a oleorresina é
sensível à luz, ao calor, ao oxigênio e a variações de pH, além de ser insolúvel em água. Por
causa desta sensibilidade, a adição de cúrcuma em formulações alimentícias pode ser
limitada, pelo provável comprometimento de suas propriedades funcionais. A fim de
solucionar esta limitação, a indústria de alimentos pode investir na microencapsulação
(FAVARO-TRINDADE et al., 2008), técnica que pode proteger os elementos funcionais
presentes no alimento.
2.4 MICROENCAPSULAÇÃO
Microcápsulas são embalagens bastante pequenas, constituídas de uma parede de
material polimérico e de um material ativo tido como núcleo. Geralmente empregadas para
melhorar o desempenho de um material ou criar novas aplicações, são diferentes das
embalagens convencionais, empregadas para armazenar, facilitar transporte, manipular e
apresentar os alimentos (ARSHADY, 1993).
O método de microencapsulação baseia-se na preparação de uma emulsão entre o
composto a ser encapsulado (composto bioativo) e o agente encapsulante (proteínas e/ou
polissacarídeos), seguido da secagem da emulsão por atomização para a formação do
envoltório de revestimento (FAVARO-TRINDADE et al., 2008).
28
A encapsulação pelo método de secagem por atomização das gotículas, contendo
cúrcuma, páprica, carmim e urucum, é suficiente para mudar suas características, ou seja, os
compostos passam de instáveis a estáveis, de lipossolúveis a hidrossolúveis, de óleo líquido
para pó sólido, de coeso para fluxo livre. Além disso, os corantes microencapsulados possuem
propriedades de dissolução superiores aos convencionais em pó; têm maior facilidade de
dispersão em água fria ou quente e a solução final é sempre transparente, independente do
valor de pH (WINNING, 1995).
Uma característica de componentes alimentares bioativos é que eles estão sujeitos a
rápida inativação ou degradação. Muitos componentes bioativos de alimentos, portanto, se
beneficiariam de um encapsulamento, procedimento que retarda os processos de degradação
e/ou evita a degradação até que o produto seja consumido. Esses componentes bioativos
incluem lipídeos, vitaminas, peptídeos, ácidos graxos, antioxidantes, minerais, mas também as
células vivas, tais como probióticos (BUREY, BHANDARI, HOWES; GIDLEY, 2008;
CHAMPAGNE; FUSTIER, 2007; MCCLEMENTS, DECKER; PARK, 2009a;
MCCLEMENTS, DECKER, PARK; WEISS, 2009b).
O uso da microencapsulação na indústria alimentícia é uma alternativa interessante,
uma vez que as microcápsulas têm a capacidade de modificar e melhorar a aparência e as
propriedades de uma substância; além de, reduzir a reatividade do material de núcleo com o
ambiente; diminuir a velocidade de evaporação ou de transferência do material do núcleo para
o meio; facilitar a manipulação do material encapsulado; promover liberação controlada;
mascarar sabor e odor desagradáveis; promover a diluição homogênea do material
encapsulado em uma formulação alimentícia (SHAHIDI; HAN, 1993); aumentar a vida de
prateleira; e proteger contra a luz, umidade e calor (JACKSON; LEE, 1991).
A microcápsula também deve ter características específicas para resistir às influências
do ambiente (AUGUSTIN ; HEMAR; 2009). Um requisito importante é que o sistema de
encapsulação tem que proteger o componente bioativo a partir de degradação química (por
exemplo, oxidação ou hidrólise) para manter esse composto totalmente funcional. Muitos
interpretam esse fato como uma sugestão de que, principalmente, tem que se superar a
degradação química no trato gastrointestinal, no entanto, este é apenas um dos desafios.
Obstáculos importantes no aproveitamento eficaz dos componentes alimentares
bioativos, além dos eventos perigosos que ocorrem durante a passagem através do trato
gastrointestinal, são as circunstâncias deletérias durante o armazenamento do produto, que
serve como veículo para os componentes bioativos. Muitos componentes alimentares podem
29
interferir na biodisponibilidade sendo, portanto, fundamental que o processo de
encapsulamento proteja o componente bioativo durante todo o período de processamento,
armazenamento e transporte (GIBBS, KERMASHA, ALLI; MULLIGAN, 1999).
Vários são os materiais que podem ser encapsulados e aplicados na indústria de
alimentos, dentre eles: ácidos, bases, gases, aminoácidos, vitaminas, corantes, enzimas,
micro-organismos, óleos essenciais e óleos (DESAI; PARK, 2005). Ao escolher o sistema de
encapsulamento é fundamental que se pense num material facilmente incorporado em
alimentos, que não interfira, ou interfira minimamente, na textura e no sabor do alimento.
A proteína do soro do leite e a goma arábica são conhecidos materiais de parede
utilizados no processo de microencapsulação. O material encapsulante é selecionado em
função das propriedades físicas e químicas do núcelo ativo, da aplicação pretendida e do
método utilizado para formar as micropartículas (SANTOS et al., 2000).
A microencapsulação pode contribuir para diminuir o efeito da exposição da cúrcuma
às condições agressivas de processamento de alimentos, podendo contribuir para a diminuição
dos problemas associados ao emprego deste ingrediente em formulações alimentícias, além de
agregar uma possibilidade de extensão da vida de prateleira dos alimentos que possam vir a
ser enriquecidos.
Para tanto deve ser escolhido um material que possa agregar uma boa capacidade de
retenção e proteção desse núcleo ativo, que para ser ideal deve apresentar algumas
características importantes como: baixa viscosidade em concentrações elevadas; fácil
manipulação durante o processo; baixa higroscopicidade, para facilitar a manipulação e evitar
aglomeração; não reatividade com o material a ser encapsulado; habilidade de selar e segurar
o material ativo dentro da estrutura da cápsula; liberar completamente o solvente ou outros
materiais utilizados durante o processo de encapsulação; proteger o material ativo contra
condições adversas (luz, pH, oxigênio e ingredientes reativos) e ausência de sabor
desagradável (SANTOS et al., 2000).
As proteínas do soro do leite constituem uma opção que tem sido avaliada,
principalmente, por ser um produto derivado de um resíduo industrial de laticínios e de
altíssima qualidade. Separada ou combinada a estabilizantes, como maltodextrina, as
proteínas do soro de leite tem apresentado promissora atividade emulsificante que a revelaram
como uma eficiente substância da qual a indústria alimentícia pode fazer uso no
desenvolvimento de formulações de emulsões (AHN; KIM; KIM, 2012).
30
Importante também é conhecer o comportamento desses materiais, uma vez que o
material obtido da microencapsulação tem aspecto de pó, através de análises que considerem
as isotermas de sorção para verificar a capacidade do produto em absorver água.
2.5 ISOTERMAS DE SORÇÃO
As isotermas de adsorção de qualquer material são ajustadas por modelos matemáticos
baseando-se em critérios empíricos e/ou teóricos relatados na literatura e, mais utilizados para
ajustes matemáticos de isotermas obtidas para microcápsulas (FRASCARELI et al. 2012;
TONON et al., 2009).
O modelo Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) é o mais comumente usado (Eq. 1)
para o ajuste dos dados de umidade de equilíbrio (Xe) das microcápsulas estudadas:
⌊( )( ( ) )⌋
Onde: Xm é a umidade da monocamada (g de água por g de sólidos), CGAB e KGAB são
constantes do modelo de GAB e aw é a atividade de água.
O modelo clássico Brunauer-Emmett-Teller (BET) é largamente usado (Eq. 2) para o
ajuste da umidade de equilíbrio (Xe) alcançada na adsorção de água de produtos alimentícios
e, inclusive, das microcápsulas de óleos alimentícios. É um modelo de 2 parâmetros que
assume a condensação de um número infinito de n camadas da fase de vapor dentro da
superfície adsorvente. Todavia, esse modelo não é adequado para produtos que apresentem
atividades de água acima de 0,5.
⌊( )( ( ) )⌋
Onde: Xm é a umidade da monocamada (g de água por g de sólidos), CBET é constante do
modelo de BET e aw é a atividade de água.
31
O modelo publicado em seu artigo original de Brunauer et al. (1938) é o resultado da
derivada de um modelo modificado de 3 parâmetros (Eq. 3), considerando um número
limitados de camadas de adsorção de água e permitindo que seja utilizado para modelagem de
sorção de água de alimentos ou produtos com limite de até 0,9 de atividade de água:
[ ( )( )
( ) ]
( )⌊ ( ) ( ) ⌋
Onde: Xm é a umidade da monocamada (g de água por g de sólidos), aw é a atividade de água,
CBET e n são constantes do modelo de BET.
O modelo de Oswin (Eq. 4) é empírico e possui duas constantes:
(
)
Onde: aw é a atividade de água, A e B são constantes do modelo de Oswin.
Os valores de umidade de equilíbrio obtidos nas isotermas de sorção foram modelados
de acordo com os modelos citados usando o suplemento Solver do Excel (Pacote Office 2010
Microsoft, Redmond, EUA). As curvas de isotermas de adsorção e a regressão não linear
foram obtidas usando o software Statistica versão 7.0 (Statsoft Inc., Tulsa USA, 2004). A
qualidade do ajuste de cada modelo matemático foi avaliado pelo coeficiente de determinação
(R²) e o erro relativo (E) do ajuste de cada modelo foi determinado pela Equação 6:
∑
| |
Onde: Xme e Xmt são, respectivamente, os valores das umidades de equilíbrio prático e teórico
(g de água por g de sólidos) e N o número de valores determinadas em cada isoterma de
adsorção.
Tendo em vista cada um dos modelos apresentados e considerando-se o erro relativo e
os coeficientes correlação pode-se atribuir a um produto oriundo de microencapsulação qual é
o melhor ajuste e o melhor modelo a ser aplicado.
32
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Este trabalho teve por objetivo desenvolver microcápsulas contendo oleorresina e
aglomerado derivados da cúrcuma, suspensos em óleo de canola, tendo concentrado de
proteína do soro do leite como material encapsulante, e avaliar a sua atividade antimicrobiana.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Produzir, a partir da cúrcuma in natura, extratos de oleorresina de cúrcuma, utilizando as
técnicas de percolação em álcool (extração por solvente), e concentração e recuperação do
solvente em aparato tipo rotaevaporador;
- Avaliar o material produzido na extração, de forma a caracterizar o seu teor de curcumina
(principal componente ativo), através da técnica de espectrofotometria;
- Formular suspensões de oleorresina de cúrcuma em óleo de canola, e de aglomerado de
cúrcuma, obtido por filtração à vácuo, também em óleo de canola, para utilização como
material de recheio em microcápsulas
- Micro encapsular a suspensões obtidas utilizando concentrado proteico de soro de leite,
como material de parede, através da técnica de secagem por atomização ou “spray drying”;
- Caracterizar as micropartículas, em termos de sua morfologia, por microscopia eletrônica de
varredura e análises de caracterização físicas e químicas;
- Avaliar a atividade antimicrobiana in vitro, pelo método de difusão em ágar, dos dois tipos
de microcápsulas obtidos e da oleorresina livre;
- Determinar a temperatura de transição vítrea das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e
aglomerado de cúrcuma pela técnica de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC);
- Avaliar a estabilidade térmica das microcápsulas de oleorresina e aglomerado de cúrcuma
por análise termogravimétrica (TG);
- Determinar as isotermas de sorção das microcápsulas de oleorresina e de aglomerado de
cúrcuma e verificar quais modelos matemáticos encontrados na literatura se ajustam melhor
as curvas.
33
REFERÊNCIAS
AHN, J. H.; KIM, Y. P.; KIM, H. S. Effect of natural antioxidants on the lipid oxidation of
microencapsulated seed oil. Food Control, v. 23, n. 2, p. 528-534, 2012.
AGGARWAL, B. B., KUMAR, A., AGGARWAL, M. S.; SHISHODIA, S. Curcumin
derived from turmeric (Curcuma longa): a spice for all seasons. In: Phytopharmaceuticals in
Cancer Chemoprevention, Boca Raton, p. 349–387, 2005.
AGGARWAL, B. B.; KUMAR, A; BHARTI, A. C. Anticancer potential of curcumin:
preclinical and clinical studies. Anticancer Research, v.23, n.1, p.363–398, 2003.
ANAND, P., KUNNUMAKKARA, A. B., NEWMAN, R. A., AGGARWAL, B. B.
Bioavailability of curcumin: problems and promises. Molecular Pharmacology, New York,
v .4, p.807–818, 2007.
ARSHADY, R. Microcapsules for food. Journal of Microencapsulation, London, v. 10, n.
4, p. 413-435, 1993.
AUGUSTIN, M. A., HEMAR, Y. Nano- and micro-structured assemblies for encapsulation of
food ingredients. Chemical Society Reviews, London, v.38, p. 902–912, 2009.
BARTHOLO, F. A. F.; MOURA, C. J.; ALMEIDA, R. A. Processamento da cadeia produtiva
do açafrão: um projeto de mudança de realidade e inclusão sócio-econômica dos produtores
familiares de Mara Rosa-GO. Revista da UFG, v. 7, n. 1, 2004.
BUREY, P., BHANDARI, B. R., HOWES, T.; GIDLEY, M. J. Hydrocolloid gel particles:
formation, characterization, and application. Critical Reviews in Food Science and
Nutrition, Boca Raton, v. 48, p.361–377, 2008.
CECÍLIO FILHO, A.B. Época e densidade de plantio sobre a fenologia e rendimento da
cúrcuma (Curcuma longa). 1996. 100p. Tese (Doutorado em Fitotecnia) - Universidade
Federal de Lavras, Lavras, 1996.
CHAMPAGNE, C. P., FUSTIER, P. Microencapsulation for the improved delivery of
bioactive compounds into foods. Current Opinion in Biotechnology, London, v. 18, p.184 –
190, 2007.
DESAI, K. G. H.; PARK, H. J. Recent developments in microencapsulation of food
ingredients. Drying Technology, London, v. 23, n. 7, p. 1361-1394, 2005.
DUARTE, R.D., BOVI, O.A., MAIA, N.B. Corantes - programa de pesquisa do Instituto
Agronômico de Campinas. In: SEMINÁRIO DE CORANTES NATURAIS PARA
ALIMENTOS, 1., 1989, Campinas. Anais... Campinas, 1989. p. 45-53.
DUVOIX, A.; BLASIUS, R.; DELHALLE, S.; SCHNEKENBURGER, M.; MORCEAU,
F.;HENRY, E.; DICATO, M.; DIEDERICH,M. Chemopreventive and therapeutic effects of
curcumin, Cancer Letters, Amsterdam, v. 223, p. 181–190, 2005.
34
FAVARO-TRINDADE, C. S.; PINHO, S. C.; ROCHA, G. A. Revisão: microencapsulação de
ingredientes alimentícios. Brazilian Journal of Food Technology, Campinas, v. 11, p. 103-
112, 2008.
FAN, L.; ZHANG, S; YU, L. MA, L. Evaluation of antioxidant property and quality of breads
containing Auricularia auricula polysaccharide flour. Food Chemistry, London, v. 101,
p.1158–1163, 2006.
FERREIRA, S. R. S. Extração de Óleo Essencial de Pimenta-do-Reino com Dióxido de
Carbono Líquido Subcrítico. 1991. 203 p.. Dissertação de Mestrado (Mestre em Engenharia
de Alimentos) - Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas,
Campinas, 1991.
FILHO, A. B. C.; SOUZA, R. J.; BRAZ, L. T.; TAVARES, M. Cúrcuma: Planta Medicinal,
Condimentar e de Outros Usos Potenciais". Ciência Rural, Santa Maria, v. 30, n. 1, p. 171-
175, 2000.
GIESE, J. Spices and seasoning blends: a taste for all seasons. Food Thechnology, Chicago,
n. 4, p. 88-98, 1991.
GIBBS, B. F., KERMASHA, S., ALLI, I. e MULLIGAN, C. N. (1999). Encapsulation in the
food industry: a review. International Journal of Food Science and Nutrition. London, v.
50, n. 3, p. 213–224, 1999.
GOVIDARAJAN, V. S. Turmeric – Chemistry, Technology and Quality. CCR Critical
Review in Food Science and Nutrition. Boca Raton, v. 12, n. 3, p. 199-301, 1980.
GLOBO RURAL. Açafrão - O ouro da cozinha. Rio de Janeiro, n.110, p. 38-43, 1994.
HERTWIG, I. F. V. Curcuma. In: HERTWIG, I. F. V. Plantas aromáticas e medicinais. São
Paulo: Icone, 1986. p. 254-265.
HOLTEKJØLEN, A. K.; BAEVRE, A. B.; RØDBOTTEN, M.; BERG, H.; KNUTSEN, S. H.
Antioxidant properties and sensory profiles of breads containing barley flour. Food
Chemistry, London, v. 110, p. 414–421, 2008.
JACKSON, L. S.; LEE, K. Microencapsulation and Food Industry. LWT - Food Science and
Technology, London, v. 24, n. 4, p. 289-297, 1991.
KIMATI, H.; AMORIM, L.; CAMARGO, L. E. A.; REZENDE, J. A. M.. Manual de
fitopatologia: doenças de plantas cultivadas. 3 ed. São Paulo: Agronômica Ceres Ltda,
1997.686 p.
KUHN, O. J.; PORTZ, R. L.; STANGARLIN, J. R.; DEL ÁGUILA, R. M.; SCHWANN-
ESTRADA, K. R. F.; FRANZENER, G. Efeito do extrato aquoso de cúrcuma (Curcuma longa)
em Xanthomonas axonopodis pv. Manihotis. Sêmina: Ciências Agrárias, Londrina, v. 27, n. 1,
p.13-20, 2006.
35
LACHANCE, P.A.; GUHR, G. Role of phytochemicals in chronic disease prevention. In:
LACHANCE, P.A. Nutraceutical: designer foods III: garlic, soy and licorice. Food and
Nutrition, Trumbull, p. 323-328, 1997.
LEMOS, A. L. S. C. Obtenção e avaliação de óleo-resina de páprica. Campinas, 1999.
Tese (Doutorado em Engenharia de alimentos) - Faculdade de Engenharia de Alimentos,
Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1999.
LEAN, L. P., MOHAMED, S. Antioxidative and antimycotic effects of turmeric, lemon-
grass, betel leaves, clove, black pepper leaves and Garcinia atriviridis on butter cakes.
Journal of the Science of Food and Agriculture, London, v.79, p. 1817–1822, 1999.
LEE, H.; CHOI, K.; CHO, K.; AHN, Y. Fungicidal activity of ar-turmerone identified.in
Curcuma longa rhizome against six phytopathogenic fungi. Agricutural Chemistry
Biotechnology, v. 46, n. 1, p. 23-28, 2003.
LIM, H.S.; PARK, S. H; GHAFOOR, K.; HWANG, S. Y.; PARK, J. Quality and antioxidant
properties of bread containing turmeric (Curcuma longa L.) cultivated in South Korea. Food
Chemistry, Barking, v. 124, p. 1577–1582, 2011.
LIN, L., LIU, H., YU, Y., LIN, S., MAU, J. Quality and antioxidant property of buckwheat
enhanced wheat bread. Food Chemistry, London, v.112, p. 987- 991, 2009.
LORENZI, H. E.; MATOS, F.J. de A. Plantas medicinais no Brasil/ Nativas e exóticas. Nova
Odessa: Instituto Plantarum.512 p, 2002.
MCCLEMENTS, D. J., DECKER, E. A.; PARK, Y. Controlling lipid bioavailability through
physicochemical and structural approaches. Critical Reviews in Food Science and
Nutrition, Boca Raton, v.49, p. 48–67, 2009a.
MCCLEMENTS, D. J., DECKER, E. A., PARK, Y.; WEISS, J. Structural design principles
for delivery of bioactive components in nutraceuticals and functional foods. Critical Reviews
in Food Science and Nutrition, Boca Raton, v.49, p. 577–606, 2009b.
MADSEN, H.L.; BERTELSEN, G. Spices as antioxidants. Trends and Food Science and
Technology, Cambridge, v.6, n.8, p.271-276, 1995.
MAIA, N.B. A cúrcuma como corante. In: SEMINÁRIO DE CORANTES NATURAIS, v.
2, 1991, Campinas. Seminários... p. 65.
MARTINS, M.C. Obtenção e Avaliação de Curcumina a partir de Rizomas Secos de
Cúrcuma (Curcuma Longa L.). 1993. 176 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de
Alimentos) - Faculdade de Engenharia de Alimentos-Universidade Estadual de Campinas,
Campinas, 1993.
MAHESHWARI, R.K., SINGH, A.K., GADDIPATI, J.; SRIMAL, R.C. Multiple biological
activities of curcumin: a short review. Life Science, Beijing, v. 78, p. 2081–2087, 2006.
NANDITHA, B., PRABHASANKAR, P. Antioxidants in bakery products: A review. Critical
Reviews in Food Science and Nutrition, Boca Raton, v. 49, p. 1–27, 2009.
36
OLIVEIRA, V.P.; GHIRALDINI, J.E.; SACRAMENTO, C.K. O cultivo de plantas
produtoras de corantes. Revista Brasileira de Corantes Naturais, Viçosa, v 1, p. 232–237,
1992.
PEREIRA, A. S.; STRINGHETA, P. C. Considerações sobre a cultura e processamento do
açafrão. Horticultura Brasileira, Brasília, v. 16, n. 2, p. 102-105,1998.
PURSEGLOVE, J. W. Zingiberaceae. In: PURSEGLOVE, J. W. Tropical crops:
Monocotyledons, Harlow, Burnt Mill, 1972. p. 519-540.
PARTHASARATHY V. A.; CHEMPAKAM, B.; ZACHARIAH, T. J. Chemistry of spices,
Kingslynn, p. 97– 98, 2008.
PRUTHI, J. S. Spices and condiments: chemistry, microbiology, technology. New York:
Academic Press, 1980. 434 p.
RAMÍREZ-TORTOSA, M. C., MESA, M. D., AGUILERA, M. C., QUIILES, L., BARO, L.,
RAMÍREZ-TORTOSA, C. L., MARTÍNEZ-VICTORIA, C., GIL, A. Oral administration of a
turmeric extract inhibits LDL oxidation and has hypocholesterolemic effects in rabbits with
experimental atherosclerosis. Atherosclerosis, Limerick v. 147, 371–378, 1999.
RAJA, J.; KURUCHEVE, V. Influence of plants extracts and buffalo urine on the growth and
sclerotial germination of Macrophomina phaseolina. Indian Phytopathology, New Delhi, v.
51, p.102-103. 1998.
SAJU, K.A., VENUGOPAL, M.N. & MATHEW, M.J. Antifungal and insect-repellent
activities of essential oil of turmeric (Curcuma longa L.). Current Science, Bangalore, v. 75,
p. 660-662, 1998.
SANTOS, A.B.; OLIVEIRA, S.P. Utilização de açafrão (Curcuma longa L.) como corante
natural para alimentos. Boletim da SBCTA, Campinas, v.2, n. 25, p. 90,1991.
SANTOS, A. B. Encapsulação da oleorresina de páprica por atomização em goma
arábica e em aglomerados porosos de amido/gelatina: estabilidade e aplicação. 2003. 196
f. Tese (Doutorado em Alimentos e Nutrição) – Faculdade de Engenharia de Alimentos,
Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2003.
SHAHIDI, F.; HAN, X. Q. Encapsulation of food ingredients. Critical Reviews in Food
Science and Nutrition, Boca Raton, v. 33, n. 6, p. 501-547, 1993.
SHARMA, R. A.; GESCHER, A. J.; STEWARD, W. P. Curcumin: the story so far.
European Journal of Cancer, New York, v. 41, n.13, p. 1955–1968, 2006.
SINGH, R.; RAI, B. Antifungal potential of some higher plants against Fusarium udum
causing wilt disease of Cajanus cajan. Microbios, Cambridge, v. 102, p.165-173, 2000.
SILVA, L. V., NELSON, D. L., DRUMMOND, M. F. B., DUFOSSÉ, L. e GLÓRIA, M. B.
A. Comparison of hydrodistillation methods for the deodorization of turmeric. Food
Research International, Barking v.8–9, p.1087–1096, 2005.
37
TUBA, A., ILHAMI, G. Antioxidant and radical scavenging properties of curcumin. Journal
of Chemico–Biological Interactions, Amsterdam, v. 174, p. 27–37, 2008.
VILELA, C. A. A.; ARTUR, P. O. Secagem do açafrão (Curcuma longa L.) em diferentes
cortes geométricos. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 28, n. 2, p. 387-394,
2008.
WINNING, M. Micro-encapsulated colours - Natural colours with improved stability. Agro-
Food Industry Hi-Tech, Milano, v. 6, n. 5, p. 13-15, 1995.
38
Parte 2
39
Artigo 1. MICROENCAPSULAÇÃO DE OLEORRESINA E AGLOMERADO DE
CÚRCUMA (CURCUMA LONGA L.) POR SRAY DRYING: DA EXTRAÇÃO DA
OLEORRESINA À MORFOLOGIA E AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE
ANTIMICROBIANA DAS MICROCÁPSULAS
Artigo a ser submetido
40
RESUMO
O objetivo do estudo foi desenvolver microcápsulas de oleorresina e aglomerado de cúrcuma
como material de recheio e caracterizá-las em termos de morfologia por Microscopia
Eletrônica de Varredura (MEV), análises físico-químicas e avaliação de sua atividade
antimicrobiana. Cúrcuma in natura adquirida no município de Mara Rosa, estado de Goiás,
foi submetida a fatiamento e desidratação em estufa com circulação de ar. Após desidratação,
a cúrcuma foi macerada, obtendo-se, portanto, o pó da cúrcuma. Após sucessivas lavagens do
pó da cúrcuma com o solvente, na proporção de 1:10 (p/v) cúrcuma : etanol obteve-se o
extrato etanólico contendo oleorresina de cúrcuma que foi rotaevaporado para recuperação do
etanol utilizado no processo de percolação e obtenção da oleorresina de cúrcuma. Esse extrato
foi submetido a uma filtração a vácuo, a fim de se retirar frações sólidas e, dessa filtração,
obteve-se um aglomerado de cúrcuma. Tanto o extrato contendo oleorresina quanto esse
aglomerado foram suspensos em óleo de canola e utilizados como material de recheio para
desenvolvimento de microcápsulas Para o preparo das emulsões, foram previamente
preparadas soluções estoque de concentrado proteico de soro de leite, que foram solubilizados
em água destilada à temperatura ambiente e armazenadas por 24 horas, sob refrigeração. Após
homogeneização, as emulsões foram armazenadas sob 4°C até serem atomizadas em spray
dryer. Tanto as microcápsulas quanto o extrato de oleorresina livre foram caracterizados. A
atividade antimicrobiana das amostras estudadas foi avaliada in vitro contra Salmonella
choleraesuis e Aspergillus niger, e foi testada baseando-se no método de disco-difusão em
ágar. Foi determinado também o teor de curcumina e a higroscopicidade das microcápsulas,
além do rendimento e da eficiência do processo de microencapsulação. Concluiu-se que o
extrato de oleorresina de cúrcuma pode ser um agente antimicrobiano em potencial; nenhuma
das microcápsulas apresentou ação antimicrobiana conta o fungo, mas contra a bactéria
apresentaram ação bacteriostática; e o processo de microencapsulação foi considerado
eficiente e de rendimento moderado.
Palavras-chave: cúrcuma; curcumina; percolação; microcápsulas; spray drying;
microorganismos
41
MICROENCAPSULATION OLEORESINS OF CROWDED TURMERIC
(CURCUMA LONGA L.) SRAY FOR DRYING: THE EXTRACTION OF THE
OLEORESIN MORPHOLOGY AND EVALUATION OF ANTIMICROBIAL
ACTIVITY OF MICROCAPSULES
ABSTRACT
The aim of the study was to develop microcapsules and agglomerated turmeric oleoresin as
core material and characterize them in terms of morphology by Scanning Electron
Microscopy (SEM), physicochemical analyzes and evaluation of their antimicrobial activity.
Turmeric gained fresh in the municipality of Mara Rosa, state of Goiás, was subjected to
slicing and dehydration in an oven with air circulation. After dehydration, turmeric was
macerated, obtaining therefore the turmeric powder. After successive washes of turmeric
powder with the solvent at a ratio of 1:10 (w / v) turmeric: ethanol gave the ethanol extract of
turmeric oleoresin containing rotaevaporado which has been used for ethanol recovery from
the percolation process and obtaining turmeric oleoresin. This extract was subjected to
vacuum filtration in order to remove solid fractions and thus filtration, there was obtained an
agglomeration of turmeric. Both the extract containing oleoresin such as chipboard were
suspended in canola oil and used as core material for developing microcapsules For the
preparation of emulsions, stock solutions were previously prepared protein concentrate of
whey, which were solubilized in distilled water room temperature and stored for 24 hours
under refrigeration. After homogenization, the emulsions were stored at 4 ° C until atomized
spray dryer. Both microcapsules as free oleoresin extract were characterized. The
antimicrobial activity of the studied samples was evaluated in vitro against Salmonella
choleraesuis and Aspergillus niger, and was tested based on the method disk-agar diffusion.
We also determined the content of curcumin and hygroscopicity of the microcapsules, and the
yield and efficiency of the microencapsulation process. It was concluded that the extract of
turmeric oleoresin may be a potential antimicrobial agent, none of the microcapsules showed
antimicrobial account the fungus, but against the bacteria showed bacteriostatic action, and
the microencapsulation process is efficient and moderate income.
Keywords: turmeric, curcumin; percolation; microcapsules, spray drying; microorganisms
42
1 INTRODUÇÃO
Membro da família Zingiberaceae, subordem Zingiberoidae e originária do sudeste
asiático, a cúrcuma (Curcuma longa L.) é constituída de turmerina (um peptídeo solúvel em
água), óleos essenciais, pigmentos curcuminóides (incluindo a curcumina) e oleorresina; e,
tem sido bastante estudada, por seu potencial farmacológico conferido pela curcumina, seu
princípio ativo (PARTHASARATHY; CHEMPAKAM; ZACHARIAH, 2008; SHARMA;
GESCHER; STEWARD, 2005)
Introduzida no Brasil por volta de 1980, teve boa adaptação, sendo sua maior
produção proveniente do estado de Goiás, cidade de Mara Rosa. O município de Mara Rosa,
em Goiás, é considerado a capital da cúrcuma, respondendo por cerca de 90% da produção
goiana e abrigando cerca de 200 produtores trabalhando sob o regime de agricultura familiar.
Diante dessa elevada produtividade na região de Mara Rosa e, tendo em vista a necessidade
de se incorporar valor a esse produto tradicional, revelou-se de grande importância a geração
de novas possibilidades de aplicação da cúrcuma, a partir de conceitos tecnológicos
avançados, resultando em crescimento do mercado e aumento da renda para a população local
(CECÍLIO FILHO, 2000).
A oleorresina da cúrcuma apresenta significativa propriedade antioxidante. Obtida por
extração com solventes orgânicos, a partir do pó da cúrcuma, tem rendimento de,
aproximadamente, 12% (SANTOS; OLIVEIRA, 1991). Para alimentos, o solvente mais
utilizado é o álcool etílico, que garante eficiência na extração, facilidade e economia na
recuperação do solvente, de modo a deixar níveis residuais mínimos no produto final
(MARTINS, 1994). Apresenta em sua composição, 30-55% de pigmentos curcuminóides e
15-25% de óleo volátil (SILVA; NELSON; DRUMMOND; DUFOSSÉ; GLÓRIA, 2005).
A microencapsulação é definida como um processo em que pequenas partículas ou
gotas são envolvidas por uma cobertura ou incorporadas em uma matriz homo ou
heterogênea, com o objetivo de formar pequenas cápsulas com propriedades muito utéis
(GHARSALLAOUI et al., 2007). Trata-se de uma técnica que vem sendo estudada e
empregada em processos industriais como uma tecnologia capaz de fornecer proteção a
substâncias que exibem instabilidade (DE VOS et al., 2010; DRUSCH; MANNINO, 2009;
WANG et al., 2009) e tem se mostrado como ferramenta importante para incorporação de
43
gêneros alimentícios específicos em formulações antes impossíveis, como óleo em misturas
prontas de bolos, fornecendo segurança para a indústria de alimentos e garantindo qualidade.
Para a escolha do material encapsulante deve-se considerar uma série de fatores
importante e diante disso, as proteínas do soro do leite são uma opção que tem sido avaliada,
principalmente, por ser um produto derivado de um resíduo industrial de laticínios e
apresentar altíssima qualidade. Separada ou combinada a polissacarídeos estabilizantes, como
a maltodextrina, as proteínas do soro de leite tem apresentado promissora atividade
emulsificante, revelando-se uma eficiente substância que pode ser utilizada pela indústria de
alimentos no desenvolvimento de formulações de emulsões (AHN, KIM; KIM, 2012).
A deterioração se constituiu como uma das grandes preocupações para a saúde
humana e uma das causas de maior desperdício de alimentos e prejuízo para produtividade do
homem. No intuito de reduzir esses problemas, o uso de aditivos tem sido efetivo na indústria
alimentícia, entretanto, com a crescente preocupação da população em cuidar da saúde, a
demanda por produtos naturais tem aumentado em decorrência da conscientização sobre os
efeitos tóxicos de alguns aditivos sintéticos, dentre eles está a tartrazina, um corante amarelo,
utilizado para colorir alimentos e bebidas. Nesse contexto, pesquisas são necessárias para
identificar substâncias naturais capazes de substituir os aditivos na inibição de bactérias e de
fungos (NEGI et al., 2004; SINGH et al., 2002a; GUL et al., 2004).
Por conterem substâncias com atividade antimicrobiana e por terem sido consumidas
por várias décadas sem causar efeitos adversos ao homem, determinadas plantas podem ser
utilizadas como alternativa para o controle de agentes deteriorantes de alimentos (KIM et al.,
2003; LEE et al., 2003). Dessa forma, destaca-se o rizoma da cúrcuma, Curcuma longa L.,
muito utilizado na indústria alimentícia, como corante, aromatizante e como ingrediente no
preparo de temperos, laticínios e pratos prontos (GOVINDARAJAN, 1980;
APISARIYAKUL et al., 1995; SILVA et al., 2005).
Diante do exposto, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de
desenvolver microcápsulas contendo oleorresina de cúrcuma e aglomerado de cúrcuma como
material de recheio e caracterizá-las em termos de morfologia por Microscopia Eletrônica de
Varredura (MEV), análises físicas e químicas e avaliação do potencial antimicrobiano.
44
2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 MATERIAL
Cúrcuma in natura doada pela Cooperativa dos Produtores de Açafrão de Mara Rosa
(Cooperaçafrão) vinculada ao projeto “Potencializando o açafrão de Mara Rosa- Goiás,
FINEP-SEBRAE”.
Como agente encapsulante para as microcápsulas foi utilizado concentrado de proteína
do soro do leite, gentilmente cedido pela Arla Foods Ingredentes do Brasil, caracterizado
quanto aos teores de umidade pelo método gravimétrico e proteína pelo método de Kjedahl.
Foram desenvolvidos dois tipos de microcápsulas (Figura 1). Uma primeira contendo
como núcleo ativo uma suspensão de extrato contendo oleorresina de cúrcuma em óleo de
canola (MOC) obtido em revendedores locais e, outra tendo como material de recheio um
aglomerado, obtido por filtração a vácuo do extrato contendo oleorresina de cúrcuma, também
suspendido em óleo de canola (MAC). O extrato de oleorresina de cúrcuma foi obtido pelos
métodos de percolação e rotaevaporação.
Para análise da atividade antimicrobiana, as microcápsulas foram solubilizadas em
etanol na proporção de 4 : 0,2765 (v/p) e 4 : 0,5990 (v/p) MOC e MAC, respectivamente. Do
extrato de oleorresina livre foram medidos 40 μL e como controle foi utilizado álcool etílico
92% PA.
45
Figura 1. Fluxograma de execução do experimento
2.2 MÉTODOS
2.2.1 Obtenção de extrato etanólico de cúrcuma
O processo de preparação do extrato etanólico contendo oleorresina de cúrcuma foi
realizado por extração usando solvente em percolador de aço inoxidável, sob temperatura
ambiente, seguida de evaporação do solvente em rotaevaporador.
As raízes de cúrcuma, adquiridas no município de Mara Rosa, estado de Goiás, foram
submetidas a fatiamento e desidratação em estufa com circulação de ar. Após desidratação, a
cúrcuma foi macerada, obtendo-se, portanto, o pó da cúrcuma. O processo referido foi
iniciado com a prévia seleção e higienização das raízes, posteriormente fatiadas. Em seguida,
as fatias foram dispostas em bandejas e submetidas a desidratação em estufa de circulação de
ar, por 8 horas, sob temperatura de 60° C. Após desidratadas, as fatias de cúrcuma foram
Cúrcuma
Extração da oleorresina
Oleorresina Filtração à
vácuo
Aglomerado de cúrcuma
Reologia e Espectrofotometria
Spray Drying
Microscopia; análises físicas e químicas ; Teor de curcumina; Higroscopicidade;
Rendimento e Eficiência
Emulsão
Microcápsulas
Solubilização em etanol
Atividade Antimicrobiana
46
trituradas em liquidificador doméstico durante cinco minutos em velocidade máxima. A
seguir, o pó obtido foi acondicionado em sacos plásticos transparentes para subsequente
utilização. O equivalente a 1 kg de pó foi colocado em percolador e umidificado usando o
etanol 92% por 24 horas. Para o processo de percolação, a extração foi realizada aplicando a
proporção cúrcuma-etanol equivalente a 1:10 (p/v), respectivamente. Após a passagem do
volume de solvente citado, o extrato seco foi imediatamente retirado do percolador e
substituído por um novo extrato seco de cúrcuma.
O extrato etanólico contendo oleorresina de cúrcuma (percolado) foi submetido ao
processo de rotaevaporação para a recuperação do etanol utilizado no processo de percolação.
O processo de recuperação do solvente (etanol 92%) foi realizado em rotaevaporador
acoplado ao sistema a vácuo (BUCHI modelo R-220 SE) sob as seguintes condições: banho
de aquecimento a 40°C, rotação do balão a 45 rpm e pressão de vácuo a 120mbar. e
interrompido assim que alcançou-se a recuperação de 80% do volume total de etanol usado na
percolação do extrato seco. Enfatiza-se que o solvente recuperado durante o processo foi
reutilizado durante os processos de percolação de novos extratos secos de cúrcuma.
Posteriormente, foi realizada uma caracterização da olerroresina de cúrcuma usando o
método Bligh Dyer (1953).
2.2.2 Processo de obtenção das microcápsulas
Foi preparada uma dispersão contendo 10% de concentrado protéico de soro do leite e
12% de suspensão de extrato contendo oleorresina/óleo de canola, para obtenção das
microcápsulas.
A partir de uma filtração a vácuo do extrato contendo oleorresina de cúrcuma, foi
obtido um aglomerado amarelo alaranjado que, solubilizado em óleo de canola, a uma
proporção de 1:10 (p/p), foi utilizado como material de recheio para um segundo tipo de
microcápsula. Para o preparo das emulsões, foram previamente preparadas soluções estoque
de concentrado proteico de soro de leite, que foram solubilizados em água destilada à
temperatura ambiente. Estas soluções foram armazenadas por 24 horas, sob refrigeração, para
garantir a completa solubilização dos biopolímeros. Após a homogeneização, as emulsões
foram armazenadas sob 4°C até serem atomizadas em spray dryer.
A produção das microcápsulas foi realizada em um atomizador LabMaq LM (modelo
MSD 1.0, Ribeirão Preto, Brasil) sob as condições de processo: temperatura de entrada do ar
47
de secagem 170°C, vazão do ar comprimido 40 L/min, vazão do ar de secagem 3,5 m3/min,
diâmetro do bico 1,2 mm, pressão do ar atomizante 4 bar.
2.2.3 Caracterização morfológica dos encapsulados - microscopia
A morfologia das microcápsulas foi realizada com o intuito de verificar se ocorreu ou
não a formação da cápsula e sua estrutura, através de microscopia ótica e eletrônica de
varredura.
2.2.3.1 Microscopia Ótica e Análise do Tamanho de Partícula
Foi realizada no microscópio ótico, marca Zeiss, modelo Jenaval, com objetiva de
aumento 25 e 40 vezes ou em objetiva de imersão de 100 vezes, sempre com optovar de
aumento 1,25 vezes, fator de câmera 3,2 vezes e filmes de 35mm. As amostras de alíquotas
retiradas das emulsões foram fixadas em lâminas empregando-se óleo de silicone como
agente dispersante, para não danificar a estrutura das partículas. As amostras foram
analisadas, sob luz comum e polarizada.
A determinação de tamanho de partículas foi feita por análise das imagens de
microscopia através do software livre Image J v1.36b (CAVALLIERI E CUNHA, 2009). A
distribuição de tamanho das micropartículas foi analisada através da construção de
histogramas de distribuição de tamanho.
2.2.3.2 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
As microcápsulas foram preparadas em fitas de carbono e conduzidas para a
metalização com ouro sob as condições de: corrente 15 mA, pressão de vácuo 40mTorr,
injeção de ar atmosférico e estabilização entre 50 e 70mTorr, tempo de deposição da camada
do metal 120 segundos e espessura da metalização 250 Angston. A morfologia foi observada
em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), Jeol, JSM – 6610 equipado com EDS,
Thermo Sientific NSS Spectral Imagins a 1500x de aumento e voltagem de 2,5 kV.
48
3 ANÁLISES
3.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DO MATERIAL DE PAREDE
3.1.1 Teor de umidade
As análises de umidade do concentrado proteico de soro do leite foram feitas em
estufa a 105°C até peso constante, conforme o método recomendado pela AOAC (2006).
3.1.2 Teor de cinzas
Foi utilizado o método gravimétrico, determinando-se a perda do material, submetido
a aquecimento em 550º C em mufla, até massa constante; resultado expresso em porcentagem
(AOAC, 2006).
3.1.3 Teor de proteínas
A quantificação da proteína foi feita pela determinação do conteúdo de nitrogênio
presente na amostra pelo método Kjeldhal usando o fator de 6,38, conforme o método AOAC
(2006).
3.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DO MATERIAL DE RECHEIO
3.2.1 Cúrcuma em pó (Curcuma longa L.)
A cúrcuma em pó desidratada, da qual se extraiu o extrato contendo oleorresina de
cúrcuma, foi caracterizada mensurando-se o conteúdo de umidade, cinzas, lipídeos, proteínas
(AOAC, 2006).
3.2.2 Extrato contendo oleorresina de cúrcuma
O extrato contendo oleorresina de cúrcuma foi caracterizado de modo a determinar sua
densidade, além de seus teores de sólidos totais e lipídeos (AOAC, 2006), curcumina
(utilizando metodologia de espectrofotometria) e em termos de cor e aspectos reológicos.
49
3.2.1.1 Teor de curcumina da oleorresina de cúrcuma
O teor de curcumina presente no extrato contendo oleorresina de cúrcuma foi
determinado por espectrofotômetro UV (Marca Jasco, Modedo V-630) com leitura em
absorbância a 425 nm, de acordo com o método proposto por TAKAHASHI (1987).
Foram medidos, inicialmente, 0,714 mL da amostra de extrato contendo oleorresina de
cúrcuma, em balança analítica, diretamente em balão volumétrico, recoberto por papel
alumínio, de 100 mL. A amostra foi diluída em etanol 99,8% PA, a uma concentração de
0,007%, de modo que a leitura possa ser interpolada à curva padrão.
A curva padrão da curcumina foi construída utilizando-se o padrão de curcumina
(Marca Sigma-Aldrich, obtida de Cuurcuma longa L.) com 70% de pureza. A solução padrão
estoque foi preparada pesando-se 0,0077 g para balão volumétrico de 50 mL (0,154 mg/mL).
Em seguida foram feitas sete diluições da solução padrão estoque que corresponderam às
concentrações de: 0,015; 0,022; 0,030; 0,038; 0,045; 0,053; 0,061 mg/mL, que foram lidas em
espectrofotômetro a 425 nm de absorbância.
Para o cálculo das concentrações (mg/mL) a média dos valores encontrados para as
leituras da amostra forma comparados à curva padrão. O resultado foi expresso em mg de
curcumina por 100 g da amostra.
3.2.1.2 Aspectos reológicos
Para a determinação das propriedades reológicas do extrato contendo oleorresina de
cúrcuma foi utilizado um reômetro de tensão controlada (Marca: Anton Paar, Modelo:
Physica MCR 101). A análise foi realizada em quintuplicata a uma temperatura de 25°C. As
curvas de escoamento foram avaliadas em modo de deformação controlado, considerando o
intervalo da taxa de deformação entre 0 – 300 (s -1). As curvas de escoamento foram
expressas pela relação tensão de cisalhamento (Pa) por taxa de deformação (s-1), e os dados
reológicos foram, posteriormente, ajustados aos modelos que melhor caracterizassem o
comportamento do fluido (STEFFE,1996).
3.2.2 Óleo de canola
O óleo de canola foi caracterizado em termos de densidade e determinação de seus
índices de acidez, saponificação e peróxido, conforme AOAC (2006).
50
3.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DAS MICROCÁPSULAS
Além de serem caracterizadas em termos de morfologia, através de microscopia
eletrônica de varredura (MEV), as cápsulas foram também caracterizadas em termos de
umidade (AOAC, 2006) e atividade água (medição direta em aparelho Aqualab, DECAGON).
3.3.1 Determinação do teor de curcumina das microcápsulas
Para determinação do teor de curcumina nas microcápsulas foi necessário primeiro
identificar a quantidade de óleo microencapsulado pelo método de Bligh-Dyer (1959).
A partir disso, sabendo-se que o extrato de oleorresina de cúrcuma foi quantificado
pelo método estabelecido por TAKAHASHI (1987) foi possível obter o teor de curcumina
presente nas microcápsulas, já que a fração lipídica presente nas mesmas é a detentora do
pigmento referido.
3.3.2 Higroscopicidade
A determinação da higroscopicidade foi feita segundo a metodologia descrita (CAI e
CORKE, 2000) com algumas modificações. Cerca de 1g- 1,5 g de micropartículas foram
dispostas em um recipiente hermético contendo uma solução salina saturada de NaCl (75,29%
UR) a 25°C. As amostras foram pesadas cada 24 horas e após atingirem o equilíbrio a
higroscopicidade foi expressa como a quantidade de umidade absorvida por 100 g de sólidos
secos (g/100g).
3.3.3 Rendimento da Microencapsulação
O rendimento da microencapsulação foi dado considerando-se a razão entre o peso
final do pó seco e a massa inicial da emulsão.
3.3.4 Eficiência da Microencapsulação
A eficiência da microencapsulação foi dada pela razão da quantidade de óleo
recuperado por grama de cápsula em relação ao óleo inicialmente inserido segundo método de
extração a frio Bligh-Dyer (1959).
51
3.4 DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA IN VITRO
A atividade antimicrobiana, contra Salmonella choleraesuis e Aspergillus niger, das
amostras estudadas foi testada baseando-se no método de disco-difusão em ágar, segundo o
National Commitee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS, 2003).
Para os ensaios, tanto as amostras dos extratos das microcápsulas quanto a amostra do
extrato de oleorresina livre foram impregnadas em discos de papel de filtro estéreis, cortados
em formato circular de 1 cm de diâmetro, e colocados sob luz ultra-violeta por 15 minutos.
Placas de Petri de 90 mm de diâmetro foram adicionadas de 20 mL de meio base (Mueller-
Hinton (MERK) para bactérias e Ágar Dextrose-Batata Acidificado (BDA, Acumedia) para
fungos) e, após solidificação, 0,1 mL de culturas bacterianas padronizadas (106 UFC/mL) em
escala McFarland foram inoculadas. Os discos impregnados foram depositados sobre os
meios de cultura, e, em seguida, as placas foram incubadas a 35°C durante 48 horas e 25°C
durante 5 dias, para Salmonella choleraesuis e Aspergillus niger, respectivamente. Os
diâmetros dos halos de inibição foram medidos com régua e discos impregnados com álcool
etílico 92% PA foram utilizados como controle (BOTRE et al., 2010). As análises foram
realizadas em triplicata.
3.6 ANÁLISE ESTATÍSTICA
Sobre os dados de simples caracterização não foi aplicada análise estatística. Os
resultados obtidos para comparação entre as amostras estudadas foram avaliados
considerando-se a análise de variância (ANOVA), e as diferenças entre as médias foram
constatadas através do teste de Tukey, estabelecendo-se um nível de significância de 5% (p <
0,05).
52
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA DOS ENCAPSULADOS - MICROSCOPIA
4.1.1 Microscopia ótica e análise do tamanho de partícula
Foram apresentadas (Figura 2) as distribuições de frequências das medidas de
diâmetro das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma (MOC) e aglomerado de cúrcuma
(MAC). As partículas produzidas tendo oleorresina de cúrcuma como núcleo apresentaram
tamanhos médios de 2,5 µm, variando até 5 µm, apresentado uma distribuição normal. Já as
partículas produzidas com o aglomerado de cúrcuma não apresentaram distribuição normal,
apresentado diversidade nos tamanhos entre 2,5 µm e 20 µm. A análise do perfil de
distribuição do tamanho de partículas da emulsão MOC obtidas demonstra uma distribuição
monomodal, sugerindo uma distribuição uniforme de partículas e consequentemente, se esse
comportamento for mantido ao longo do tempo, uma boa estabilidade da emulsão. Entretanto
a distribuição do tamanho de partícula observado na emulsão MAC retrata um distribuição
bimodal, refletindo uma maior susceptibilidade da mesma em manter-se coesa e com bom
perfil emulsificante, ao longo do tempo.
Figura 2. Histograma de análise do tamanho das partículas formadas na emulsão para
obtenção das MOC e das MAC.
As partículas analisadas (Figuras 3 e 4) apresentaram movimento browniano, ou seja,
um movimento aleatório das partículas que demonstra equilíbrio do sistema por não ter
-10
0
10
20
30
40
50
60
-5 0 5 10 15 20
Fre
qu
ênci
a (
%)
Tamanho da gota (μm)
Emulsão MOC
Emulsão MPCMAC
53
tendência a colisões, com padrão esférico e sem aglomeração, configurando um bom modelo
de emulsão a ser seca por spray drying.
Figura 3. Fotomicrografia de partículas de oleorresina de cúrcuma em óleo de canola e WPC
Figura 4. Fotomicrografia de partículas de aglomerado de cúrcuma em óleo de canola e WPC
4.1.2 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
A morfologia interna e externa, porosidade e tamanho médio das micropartículas
foram analisados empregando-se a técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
Observando a morfologia das cápsulas contendo óleo de canola e aglomerado de
cúrcuma, obtido por filtração a vácuo, do extrato contendo oleorresina de cúrcuma (Figura 5),
54
notou-se que as mesmas possuem superfície lisa, apresentando aglomeração em alguns
pontos. Algumas microcápsulas apresentaram-se murchas e outra (Figura 5b) apresentou
rachaduras, fato que pode refletir alguma falha no processo de microencapsulação. Pode-se
observar a formação da microcápsula com formato esférico, identificando-se bem a estrutura
do material de parede e núcleo da mesma.
a) b)
Figura 5. Microcápsulas de óleo de canola e aglomerado obtido por filtração do extrato
contendo oleorresina de cúrcuma, constituídas por concentrado proteico de soro de leite. A
imagem a) magnitude 2000x e imagem b) magnitude de 5000x.
Já as microcápsulas, com a suspensão óleo de canola e extrato contendo oleorresina de
cúrcuma (Figura 6) como material de recheio, apresentaram superfície também esférica,
porém mais irregular, com formação de vacúolos e fissuras, provavelmente gerados pela
tentativa de expulsar o álcool ainda presente no extrato contendo oleorresina e/ou um possível
indicativo da presença de óleo na superfície das cápsulas, uma vez que, sob vácuo, estes
tendem a evaporação dando lugar às cavidades visualizadas através da MEV.
55
a) b)
Figura 6. Microcápsulas de óleo de canola e extrato contendo oleorresina de cúrcuma,
constituídas por concentrado proteico de soro de leite. A imagem a) magnitude 2000x e
imagem b) magnitude de 5000x.
Portanto, uma boa esfericidade e ausência de cavidades (ou fissuras) indicam a
formação de um filme contínuo na parede externa das micropartículas e podem justificar a
maior eficiência de encapsulação (LEIMANN, 2008).
4.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO MATERIAL DE PAREDE
Através do método de Kjeldahl obteve-se que o teor de proteína presente no
concentrado proteico de soro de leite é de 67,74 ± 0,02 %, utilizando fator de correção fator
de correção de ácido sulfúrico 0,1 N. A umidade determinada equivaleu-se a 8,48 ± 0,07% e o
teor de cinzas foi de 3,017 ± 0,005%.
4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO MATERIAL DE RECHEIO
4.3.1 Cúrcuma em pó (Curcuma longa L.)
A cúrcuma em pó desidratada submetida ao processo de percolação para extração da
oleorresina de cúrcuma foi caracterizada e os resultados são apresentados a seguir (Tabela 1).
56
Tabela 1. Características da cúrcuma em pó desidratada
Análises Teores (%)
Umidade
Cinzas
Lipídeos
Proteína
10,3495 ± 0,0018
7,0854 ± 0,0024
11,4584 ± 0,0247
4,7085 ± 0,0394
4.3.2 Extrato contendo oleorresina de cúrcuma
O extrato contendo oleorresina de cúrcuma foi caracterizado de modo a determinar sua
densidade, teores de lipídeos e sólidos totais (Tabela 2) e curcumina, além dos seus aspectos
reológicos.
Tabela 2. Caracterização do extrato de oleorresina
Extrato contendo oleorresina
Densidade (g.mL-1
) 0,96 ± 0,00005
Lipídeos (%) 9,67 ± 0,011
Sólidos Totais (%) 23,83 ± 0,121
4.2.2.1 Aspectos reológicos
Após aferição das medidas reológicas da amostra, verificou-se que a mesma se
comportou como um fluido newtoniano, dada a relação linear entre a tensão de cisalhamento e
a taxa de deformação (R2= 0,999). Fluidos que apresentam esse tipo de comportamento, tem
viscosidade constante, independente da taxa de deformação aplicada. O comportamento
newtoniano está associado aos compostos de baixo peso molecular presentes na amostra que
não oferecem resistência ao alinhamento molecular quando submetidos a escoamento em
regime laminar.
A partir da análise realizada obteve-se um valor médio para viscosidade equivalente a
0,00516 ± 0,0008 Pa.s ou 5,16 ± 0,80 cP, com comportamento semelhante ao verificado no
azeite de coco babaçu, que tem a viscosidade situada entre a curva da água e do óleo, sendo
também um fluido com comportamento newtoniano, situando-se entre a água e o óleo quando
comparados em termos de viscosidade (CASTRO.; BRAGA; MATA, 2002).
57
4.2.2.2 Teor de curcumina do extrato contendo oleorresina
A curva-padrão (Figura 1) foi construída com os parâmetros absorbância em UV (para
a faixa de absorbância de 425 nm) e concentração (mg/mL) considerando-se o intervalo de
linearidade para esta relação verificou-se uma boa correlação dos dados com coeficiente de
determinação (R2) de 0,9960.
Figura 7. Curva padrão (concentração x absorbância) para pigmentos curcuminóides
(expressos em curcumina)
Após a construção da curva-padrão e adaptação da metodologia, descrita
anteriormente, foi possível realizar a análise da amostra (extrato alcoólico contendo
oleorresina), verificou-se que o teor de curcumina foi de 0,04850 mg/mL, interpolando-se à
curva-padrão. Diante disso, considerando-se a densidade do extrato, têm-se que a amostra
contém 50,5936 mg curcumina/100g da amostra, resultado semelhante ao encontrado em
outro estudo (GREEN et. al, 2008), que demostrou que para extratos feitos a partir do rizoma
seco, o teor de pigmentos curcuminóides varia de 56-48%.
4.2.3 Óleo de canola
Para a caracterização do óleo de canola, utilizado como material de recheio para as
microcápsulas foram feitas as determinações de densidade índices de acidez, saponificação e
peróxido (Tabela 3). O óleo apresentou densidade média equivalente a 0,9288 ± 0,0003,
correspondendo ao estabelecido pelo regulamento técnico de identidade e qualidade de óleos
vegetais refinados para óleo de canola.
y = 13,654x - 0,0163 R² = 0,996
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 0,02 0,04 0,06 0,08
Ab
sorb
ânci
a
Conc. de curcumina (mg/mL)
58
Tabela 3. Características do óleo de canola
Análises Índices
Índice de acidez
Índice de saponificação
Índice de peróxido
0,0870 ± 0,0065
192,4035 ± 1,8807
4,3895 ± 0,1625
Diante dos resultados obtidos o óleo de canola analisado foi classificado como óleo de
canola tipo 1, enquadrando-se aos parâmetros estabelecidos pelo Regulamento Técnico de
Identidade e Qualidade de Óleos Vegetais Refinados (BRASIL, 2006).
4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DAS MICROCÁPSULAS
As microcápsulas foram caracterizadas em termos de umidade, atividade água (aw),
(Tabela 4), teor de curcumina, higroscopicidade (Tabela 5), rendimento (Tabela 6) e
eficiência da microencapsulação (Tabela 7)
Tabela 4. Resultados dos teores de umidade e atividade água das microcápsulas*
Análises Microcápsulas Oleorresina
de Cúrcuma (MOC)
Microcápsulas Aglomerado
de Cúrcuma (MAC)
Umidade
Aw
1,78975 ± 0.0029a
0,380 ± 0,0108a
2,4394 ± 0,0143b
0,230 ± 0,0207b
*Letras iguais significam que não houve diferença estatística. Letras diferentes significam que ocorreu diferença
significativa ao nível de 5%.
4.3.1 Determinação do teor de curcumina nas microcápsulas
O teor de curcumina retido nas microcápsulas foi determinado a partir do teor de
curcumina presente no extrato de oleorresina de cúrcuma. É sabido que o referido extrato
contém 50,5936 mg de curcumina/100g da amostra. Através de um método de extração a frio
(Bigh-Dyer, 1959) determinou-se que a MOC contém 55,5464 ± 0,0314 % de fração lipídica e
a MAC 24,8873 ± 0,0313 %. Diante desses resultados, sabendo-se que o conteúdo de lipídeos
encontrado nas microcápsulas é justamente a parcela retentora de curcumina, tem-se que em
59
uma amostra de 0,2875 g de MPC e, equivalentemente, em 0,6220 g de MOC encontrou-se
0,0202 mg de curcumina.
4.3.2. Higroscopicidade
A higroscopicidade das amostras (Tabela 5) revelou que as microcápsulas produzidas
são pouco higroscópicas apesar de terem como material encapsulante o concentrado proteico
de soro do leite, material conhecido por ter uma moderada higroscopicidade, isto é,
capacidade de absorver água. As amostras de MAC apresentaram higroscopicidade mais
elevada, quando comparadas às amostras de MOC, provavelmente pelo fato de possuírem um
menor conteúdo lipídico em seu núcleo, o que justifica a maior afinidade com a água.
As amostras estudadas apresentaram higrooscopicidade inferior a microcápsulas,
desenvolvidas em outro estudo, que continham maltodextrina como material encapsulante.
Resultado inesperado, uma vez que a maltodextrina é um material com baixa
higroscopicidade, sendo utilizada como agente carreador, no sentido de reduzir a
higroscopicidade de produtos desidratados em spray dryer (TONON; BRABET;
HUBINGER, 2009).
Tabela 5. Higroscopicidade MOC e MAC*
Amostras Higroscopicidade (%)
MOC
MAC
5,9654 ± 0,0182a
9,3948 ± 0,0072b
*Letras iguais significam que não houve diferença estatística. Letras diferentes
significam que ocorreu diferença significativa ao nível de 5%.
4.3.3 Rendimento da microencapsulação
Os resultados referentes ao rendimento do processo de microencapsulação estudado
(Tabela 6) revelaram que para a produção das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma em
óleo de canola (MOC) obteve-se um maior rendimento, quando comparado à produção das
microcápsulas contendo aglomerado de cúrcuma suspenso em óleo de canola (MAC).
60
Tabela 6. Rendimento do processo de microencapsulação
Amostras Rendimento (%)
MOC
MAC
76,5336
57,0820
4.3.4 Eficiência da microencapsulação
A eficiência de encapsulação foi realizada conforme metodologia descrita
anteriormente e os resultados apresentados (Tabela 3) apontaram o processo de
microencapsulação como bastante eficiente para as duas amostras estudadas, o que reforça a
escolha do concentrado proteico de soro de leite (WPC) como um bom material encapsulante,
adequado para ser usado num processo de secagem por atomização ou spray drying.
Tabela 7. Resultado da análise de eficiência da microencapsulação
Amostras Eficiência (%)
MOC
MAC
99,6665 ± 0,0009a
99,0146 ± 0,0014a
*Letras iguais significam que não houve diferença estatística. Letras diferentes
significam que ocorreu diferença significativa ao nível de 5%.
4.4 DETERMINAÇÃO DA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA IN VITRO DAS
MICROCÁPSULAS DE OLEORRESINA DE CÚRCUMA E AGLOMERADO DE
CÚRCUMA
A atividade antimicrobiana das microcápsulas e do extrato de oleorresina de cúrcuma
livre foi avaliada, através de método de difusão em ágar, contra Salmonella choleraesuis e
Aspergillus niger. Em relação à Salmonella notou-se que tanto a MOC quanto a MAC
apresentaram apenas ação bacterioestática. Já o extrato de oleorresina livre apresentou a
formação de um pequeno halo de inibição (Figura 1). Esse resultado corrobora-se a outro
estudo (SINGH et al., 2002b) que relatou que a atividade antimicrobiana para bactérias gram-
negativas é menor, podendo estar associada ao fato destas possuírem uma membrana externa
capaz de restringir a penetração de substâncias (GUL et al., 2004).
Quanto à ação das amostras estudadas contra o crescimento do fungo A. niger (Figura
2), pôde-se observar que apenas o extrato de oleorresina de cúrcuma livre apresentou
atividade fungistática sobre o microorganismo inoculado, com formação de halo de inibição,
61
de cerca de 1 mm. Resultado semelhante ao observado por outro estudo (PERET-ALMEIDA,
2008) que apontou que o óleo essencial de cúrcuma teve ação antimicrobiana contra
Aspergillus niger podendo ter essa ação aumentada com o aumento da concentração do agente
antimicrobiana.
Baixa atividade antibacteriana e contra fungos patogênicos foi citada por estudos em
relação a extratos da cúrcuma, mas os mesmos estudos relataram que o óleo da cúrcuma
apresentou atividades bacteriostática e fungicida (TONNESSEN; KARLSEN, 1987;
APISARIYAKUL et al., 1995).
Apesar dos dados ainda serem contraditórios, possivelmente devido a diferenças
metodológicas, os resultados revelaram que o extrato de oleorresina de cúrcuma constituiu-se
como um agente antimicrobiano em potencial. Muitos compostos poderiam ser responsáveis
pela atividade antimicrobiana como fenóis, terpenos, aldeídos e cetonas, sendo que vários já
foram identificadas no óleo de cúrcuma (OHSHIRO et al., 1990; MATA et al., 2004). A
fração do óleo da cúrcuma detentora do maior percentual de ar-turmerona, apresentou maior
atividade antimicrobiana (NEGI et al., 1999; LEE et al., 2003). Entretanto, novos estudos
ainda são necessários para identificar quais seriam os compostos responsáveis pela ação
antimicrobiana no óleo da cúrcuma produzido no Brasil.
62
Figura 8. Discos de microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e pó de cúrcuma e oleorresina
de cúrcuma livre sobre Salmonella choleraesuis
Figura 9. Discos de microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e pó de cúrcuma e oleorresina
de cúrcuma livre sobre Aspergillus niger
MOC
OCL
Controle
MPC
OCL Controle
MPC MOC
63
5 CONCLUSÃO
A partir do estudo concluiu-se que o extrato alcoólico contendo oleorresina de
cúrcuma pode ser utilizado como provável material que contenha as potencialidades
conferidas pela curcumina, por seu teor de pigmentos curcuminóides, além de demonstrar
facilidade e boa adaptação em qualquer modelo de aplicação, por se tratar de um fluido
newtoniano.
O extrato de oleorresina de cúrcuma pode ser considerado um agente antimicrobiano
em potencial levando-se em conta a sua concentração utilizada contra o agente patógeno.
Tanto a microcápsula de oleorresina quanto a microcápsula de aglomerado de cúrcuma não
apresentaram ação antimicrobiana conta o fungo A. nigger, mas contra a Salmonella
choleraesuis apresentaram ação bacteriostática (apenas na superfície de contato);
A técnica de spray drying é considerada uma boa técnica para microencapsulação do
extrato de oleorresina e do aglomerado de cúrcuma suspensos em óleo de canola, cujo
processo pode ser considerado eficiente e de rendimento moderado.
64
REFERÊNCIAS
AHN, J. H. ;KIM, Y. P. ; KIM, H. S. Effect of natural antioxidants on the lipid oxidation of
microencapsulated seed oil. Food Control, Guildford, v.23, p.528-534, 2012.
AOAC INTERNATIONAL. Official methods of analysis. 17 ed. Gaitherburg: AOAC, 2006.
APISARIYAKUL, A.; VANITANAKON, N.; BUDDHASUKT, A. Antifungal activity of
turmeric extract from Curcuma longa (Zingiberaceae). Journal Ethnopharmacology, v. 15,
n.49,p. 163-169, 1995.
BOTRE, D. A.; SOARES, N. F. F.; ESPITIA, P. J. P.; SOUSA, S.; RENHE, I. R. T.
Avaliação de filme incorporado com óleo essencial de orégano para conservação de pizza
pronta. Revista Ceres, Viçosa. v. 57, n.3, p. 283-291, 2010.
BRASIL. Ministério da Agricultura, Agropecuária e Abastecimento. Instrução Normativa
n.º49, de 22 de dezembro de 2006. Regulamento técnico de identidade e qualidade de óleos
vegetais refinados. Diário oficial da União, Brasília-DF, de 26/12/2006, Seção 1, Página 140.
CAI, Y. Z.; CORKE, H. Production and properties of spray-dried Amaranthus Betacyanin
Pigments. Journal of Food Science, v. 65, n. 6, p. 1248-1252, 2000.
CASTRO, A. A.; BRAGA, M. A. D.; MATA, M. E. R. M. C. Comportamento reológico do
azeite de coco babaçu em diferentes temperaturas. Revista Brasileira Oleaginosas e Fibrosa,
Campina Grande, v.6, n.1, p.457-463, 2002.
CAVALLIERI, A. L. F.; CUNHA, R. L. Cold-Set Whey Protein Gels with Addition of
Polysaccharides. Food Biophysics, v.4, p.94–105, 2009.
DE VOS, P. ; FAAS, M. M. ; SPASOJEVIC, M. ; SIKKEMA, J. Encapsulation for
preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food components.
International Dairy Journal, v. 20, n. 4, p. 292–302, 2010.
DRUSH, S. e MANNINO, S. Patent-based review on industrial approaches for the
microencapsulation of oils rich in polyunsaturated fatty acids. Trends in Food Science and
Technology, v.20, p. 237-244, 2009.
FILHO, A. B. C.; SOUZA, R. J.; BRAZ, L. T.; TAVARES, M. Cúrcuma: Planta Medicinal,
Condimentar e de Outros Usos Potenciais". Ciência Rural, Santa Maria, v. 30, n. 1, p. 171-
175, 2000.
GOVINDARAJAN, V.S. Turmeric – chemistry, technology and quality. CRC – Critical
Review in Food Science and Nutrition, v.12, n.3, p. 199 – 301, 1980.
GUL, N.; MUJAHID T.Y.; JEHAN, N.; AHMAD, S. Studies on the antibacterial effect of the
different fractions of Curcuma longa against tract infections isolated, Pakistan Journal of
Biological Sciences, n. 7, v. 12, p. 2055-2060, 2004.
65
GREEN, C. E., HIBBERT,S. L., BAILEY-SHAW,Y. A., WILLIAMS, L. A. D.,
MITCHELL, S., GARRAWAY, E.. Extraction, Processing, and Storage Effects on
Curcuminoids and Oleoresin Yields from Curcuma longa L. Grown in Jamaica. Journal of
Agricultural ald Food Chemistry, v. 56, p. 3664–3670, 2008.
GHARSALLAOUI, A.; ROUDAUT, G.; CHAMBIN, O.; VOILLEY, A. and SAUREL, R.
Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview food
research international. Food Research International, v. 40, p. 1107-1121, 2007.
KIM, D.S.H.L.; PARK, S.Y.; KIM, J.Y. Curcuminoids from Curcuma longa L.
Zingiberaceae) that protect PC 12 rat pheochromocytoma and normal human umbilical vein
endothelialcells from ßA(1-42) insult. Neuroscience Letters, v. 303, p. 57-61, 2001.
LEE, H.; CHOI, K.; CHO, K.; AHN, Y. Fungicidal activity of ar-turmerone identified.in
Curcuma longa rhizome against six phytopathogenic fungi. Agricutural Chemistry
Biotechnology, v. 46, n.1, p. 23-28, 2003.
LEIMANN, F. V.; GONCALVES, O ; MACHADO, R ; BOLZAN, A . Antimicrobial activity
of microencapsulated lemongrass essential oil and the effect of experimental parameters on
microcapsules size and morphology. Materials Science & Engineering. C, Biomimetic
Materials, Sensors and Systems, p. 430, 2008.
MARTINS, M.C. Obtenção e Avaliação de Curcumina a partir de Rizomas Secos de
Cúrcuma (Curcuma Longa L.). Campinas, Brasil, 1993. 176 p. Dissertação (Mestrado em
Engenharia de Alimentos) - Faculdade de Engenharia de Alimentos-Universidade Estadual de
Campinas , Campinas, 1993.
MATA, A. R.; NELSON, D. L.; AFONSO, R. J. C. F.; GLÓRIA, M. B. A.; JUNQUEIRA, R.
G. Identificação de compostos voláteis da cúrcuma empregando microextração por fase sólida
e cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Ciência e Tecnologia de
Alimentos, Campinas, v. 24, n. 1, p. 151-157, 2004.
NCCL – National Comitee for Clinical Laboratory Standards. M2-A8/Performance
Standards for Antimicrobial Disk Susceptibility Tests. 8.ed., v. 23, n. 1, 2003.
NEGI, P. S.; CHAUHAN, A. S.; SADIA, G. A.; ROHINISHREE, Y. S.; RAMTEKE, R. S.
Antioxidant and antibacterial activities of various seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L.)
seed extracts. Food Chemistry, v. 12, p. 1180 1187, 2004.
OHSHIRO, M.; KUROYANAGI, M.; UENO, A. Structures of sesquiterpenes from Curcuma
longa. Phytochemistry, v.29, n.7, p. 2201-2206, 1990.
PARTHASARATHY V. A.; CHEMPAKAM, B.; ZACHARIAH, T. J. Chemistry of spices,
Kingslynn, p. 97– 98, 2008.
PERÉT-ALMEIDA, L. Atividade antimicrobiana in vitro do rizoma em pó, dos pigmentos
curcuminóides e dos óleos e dos essenciais da Curcuma longa L. Ciência e Agrotecnologia,
Lavras, v.32, n.3, 2008.
SANTOS, A.B.; OLIVEIRA, S.P. Utilização de açafrão (Curcuma longa L.) como corante
natural para alimentos. Boletim da SBCTA, Campinas, v.2, n. 25, p. 90,1991.
66
SILVA, L.V.; NELSON, D.L.; DRUMOND, M.F.B.; DUFOSSE, L.; GLORIA, M.B.A.
Comparison of hydrodistillation methods for the deodorization of turmeric. Food Research
International, v. 38, p. 1087 - 1096, 2005.
SINGH, G.; SINGH, O.P.; MAURYA, S. Chemical and biocidal investigations on essential
oils of some Indian curcuma species. Progress in Crystal Growth and Characterization of
Materials, v.45, p. 75 – 81, 2002 (a).
SINGH, R.; CHANDRA, R.; BOSE, M.; LUTHRA, P.M. Antibacterial activity of Curcuma
longa rhizome extract on pathogenic bacteria. Current Science, v. 83, n. 6, p. 737–740,
2002(b).
STEFFE, J.F. Rheological Methods in Food Process Engineering, 2 ed. East Lansing:
Freeman Press, 1996. 412p.
TAKAHASHI, M.Y. Monografias de corantes naturais para fins alimentícios: padrões de
identidade e qualidade. 2. ed. São Paulo: M.Y. Takahashi, 1987. 17 p.
TÖNNESEN, H. H.; KARLSEN, J. Studies on curcumin and curcuminoids IX: investigation
of the photobiological activity of curcumin using bacterial indicator systems. Journal of
Pharmaceutical Science, Washington, v. 76, p. 373-373, 1987.
TONON, R. V.; BRABET, C.; HUBINGER, M. D. Influência da temperatura do ar de
secagem e da concentração de agente carreador sobre as propriedades físico-químicas do suco
de açaí em pó. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v.29, n.2, p. 444-450, 2009.
WANG, Y.; LU, Z.; WU, H; LV, F. Study on the antibiotic activity of microcapsule curcumin
against foodborne pathogens. International Journal of Food Microbiology, Nanjing, v.136
p. 71–74, 2009.
67
Artigo 2. DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA E
TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO VÍTREA DAS MICROCÁPSULAS DE
OLEORRESINA E DE AGLOMERADO DE CÚRCUMA (CÚRCUMA LONGA L.)
Artigo a ser submetido
68
RESUMO
O estudo teve como objetivo avaliar a estabilidade das microcápsulas de oleorresina de
cúrcuma e aglomerado de cúrcuma suspensos em óleo de canola e encapsulados em
concentrado proteico de soro do leite, determinando suas isotermas de sorção, estabilidade
térmica e temperatura de transição vítrea. Para tanto foram utilizadas microcápsulas contendo
suspensões de oleorresina e aglomerado de cúrcuma em óleo de canola, tendo concentrado
proteico de soro do leite como material encapsulante, obtidas pelo método de atomização por
spray drying. As isotermas de sorção das microcápsulas foram determinadas em um gerador
de isotermas com ajuste para os modelos GAB, BET de 2 parâmetros, Brunauer et. al e
Oswuin. As análises térmicas pelas quais as microcápsulas foram submetidas foram: a técnica
de Calorimetria Exploratória Diferencial para a obtenção da curva de cristalização e
determinação da temperatura de transição vítrea e termogravimetria para verificação da
decomposição do pó de microcápsula frente ao aumento da temperatura. Diante do estudo
conclui-se que: o modelo BET de 2 parâmetros foi o que melhor se ajustou para a
microcápsula de oleorresina de cúrcuma; O modelo Brunauer foi o que melhor se ajustou para
a microcápsula de aglomerado de cúrcuma na temperatura de 20°C e se mostrou semelhante
ao BET de 2 parâmetros para a temperatura de 40°C, enquanto que o modelo GAB foi o que
melhor se ajustou para a temperatura de 30°C.; as microcápsulas de oleorresina apresentaram
boa estabilidade térmica sob temperaturas que não ultrapassassem 225°C e há indícios de que
sua decomposição sob condições de ar atmosférico ocorra em 2 etapas; enquanto que as de
aglomerado de cúrcuma apresentaram boa estabilidade sob temperaturas um pouco maiores,
até 250°C, também com sinais de decomposição, em condições de ar atmosférico, em 2
etapas.
Palavras-chave: microcápsulas; cúrcuma; isotermas; adsorção; transição vítrea.
69
DETERMINATION OF WATER SORPTION ISOTHERMS AND GLASS
TRANSITION TEMPERATURES OF OLEORESIN MICROCAPSULES OF
CROWDED AND THE TURMERIC (CURCUMA LONGA L.)
ABSTRACT
The study aimed to evaluate the stability of the microcapsules and agglomerated turmeric
oleoresin turmeric suspended in canola oil and encapsulated in protein concentrate whey,
determining their sorption isotherms, thermal stability and glass transition temperature. To
both suspensions were used microcapsules containing oleoresin turmeric and agglomeration
of canola oil, whey protein concentrate and milk as encapsulating material, obtained by the
method of atomization for spray drying. The sorption isotherms of the microcapsules were
determined in a generator isotherm models with adjustment for the GAB, BET 2 parameters,
Brunauer et. al and Oswuin. The thermal analysis by which the microcapsules were subjected
were: Differential Scanning Calorimetry technique for obtaining crystallization curve and
determining the glass transition temperature and thermogravimetric analysis to verify the
decomposition of powder microcapsule due to increased temperature. Before the study
concluded that: the 2-parameter BET model was the best fit for turmeric oleoresin
microcapsule; Brunauer model was the best fit for the microcapsule cluster of turmeric at 20 °
C and was similar to BET of two parameters to 40 ° C, while GAB model was better adjusted
to the temperature 30 ° C.; microcapsules oleoresin showed good thermal stability at
temperatures which did not exceed 225 ° C and there is evidence that their decomposition
under conditions of atmospheric air occurs in two steps, whereas the agglomerated turmeric
showed good stability under temperatures slightly higher, up to 250 ° C, also with signs of
decomposition under conditions of atmospheric air in two steps.
Keywords: microcapsules; turmeric, isotherms, sorption, glass transition.
70
1 INTRODUÇÃO
Substâncias naturais encontradas em plantas, os fitoquímicos derivados de
componentes dietéticos, têm despertado grande interesse público e científico, por terem
grande potencial antioxidante e seu uso associado ao combate de doenças, especialmente as
duas mais comuns causas de morte no mundo desenvolvido, doenças cardiovasculares e
câncer (SHARMA; GESCHER; STEWARD, 2005).
Dentre esses fitoquímicos destaca-se a cúrcuma (Curcuma longa L.), uma das
especiarias mais populares dentre as que contêm antioxidantes naturais (TUBA; ILHAMI,
2008), que pode também ser denominada açafrão, açafrão-da-índia, açafrão-da-terra, açafroa,
açafroeira, açafroeiro-da-índia, batata-amarela, gengibre-amarelo, gengibre-dourada e
mangarataia (LORENZI; MATOS, 2002). Dos rizomas da cúrcuma, o produto mais
industrializado é a cúrcuma em pó, seguido da curcumina purificada e da oleorresina de
cúrcuma (FILHO et al., 2000).
A oleorresina de cúrcuma tem como função principal colorir os alimentos e, como
função secundária, fornecer aroma condimentado a determinados alimentos, como mostarda e
picles (GOVINDARAJAN, 1980; ROSERGARTEN, 1973). Seu principal componente,
responsável por sua coloração é a curcumina (1,7-bis (4-hidroxi-3-metoxifenil)-1,6-
heptadieno-3,5-diona), um pó cristalino amarelo-laranja, insolúvel em água e éter, mas
solúvel em etanol e ácido acético glacial. Álcool etílico e acetona têm sido indicados como
bons solventes. Apresenta em sua composição, 30-55% de pigmentos curcuminóides e 15-
25% de óleo volátil (SILVA et al., 2005).
Apesar de apresentar inúmeras vantagens em relação à cúrcuma em pó, a oleorresina é
um produto sensível à luz, ao calor, ao oxigênio e a variações de pH, além de ser insolúvel em
água. Por causa desta sensibilidade, a adição de cúrcuma em formulações alimentícias pode
ser limitada, pelo provável comprometimento de suas propriedades funcionais. A fim de
solucionar esta limitação, a indústria de alimentos pode investir na microencapsulação
(FAVARO-TRINDADE et al., 2008), técnica que pode proteger os elementos funcionais
presentes no alimento.
O método de microencapsulação baseia-se na preparação de uma emulsão entre o
composto a ser encapsulado (composto bioativo) e o agente encapsulante (proteínas e/ou
polissacarídeos), seguido da secagem da emulsão por atomização para a formação do
71
envoltório de revestimento (FAVARO-TRINDADE et al., 2008). Normalmente, o produto
microencapsulado torna-se mais estável, o que permite um aumento significativo da vida de
prateleira (AUGUSTIN; HEMAR, 2009).
A preocupação em se determinar o conteúdo de água presente nos alimentos está
associada ao fato desse importante constituinte estar diretamente associado ao processo de
degradação dos mesmos. Produtos armazenados em atividades de água elevadas apresentam
valores consideráveis de mobilidade molecular e de coeficiente de difusão, o que
consequentemente, acelera a velocidade dos processos oxidativos (AL-MUHTASEB;
MCMINN; MAGEE, 2002).
Outro fator importante a ser considerado é a temperatura de transição vítrea (Tg), que
é definida como a temperatura em que materiais amorfos passam do estado vítreo para o
rugoso. Temperaturas superiores à Tg provocam uma série de mudanças, tais como: aumento
do volume livre e do calor especifico e diminuição da viscosidade aparente, condições
favoráveis para reações oxidativas. Além disso, essa situação afeta também as características
sensoriais, conferindo agregação, alteração na viscosidade, colapso da microcápsulas entre
outras alterações que diminuem a qualidade do produto (FRASCARELI et al., 2012).
A partir do exposto, o objetivo do presente estudo foi avaliar a estabilidade das
microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e aglomerado de cúrcuma suspensos em óleo de
canola, encapsulados em concentrado proteico de soro do leite, determinando suas isotermas
de sorção, estabilidade térmica e temperatura de transição vítrea.
72
2 MATERIAL E MÉTODOS
2.1 MATERIAIS
Microcápsulas contendo suspensões de oleorresina de cúrcuma (MOC) e aglomerado
de cúrcuma (MAC) em óleo de canola, tendo concentrado proteico de soro do leite como
material encapsulante, obtidas pelo método de atomização por spray drying.
Figura 1. Fluxograma de execução do experimento
2.2 MÉTODOS
2.2.1 Determinação das Isotermas de Sorção
As isotermas de sorção das microcápsulas de oleorresina e das microcápsulas de
aglomerado de cúrcuma suspensos em óleo de canola foram determinadas em um gerador de
isotermas (modelo Aquasorp, marca Decagon, Deivis, EUA) com o auxilio do programa
SorpTrac Software versão 1.14. As isotermas foram obtidas com o fluxo de água igual a 300
Microcápsulas
Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
Isotermas de sorção
Termogravimetria (TG)
73
mL.min-1 e sob condição de temperaturas controladas. O intervalo de atividade de água
estabelecido para a determinação das isotermas de sorção das microcápsulas foi de 0,1 a 0,85,
sendo realizado para três temperaturas: 20°C, 30°C e 40°C. Os modelos matemáticos usados
para o ajuste das isotermas foram GAB, BET, Brunauer et. al e Oswin. Antes do início dos
ensaios, a umidade do pós de microcápsula foi determinada pelo método gravimétrico em
estufa a 105°C até peso constante, em triplicata.
2.2.2 Estabilidade Térmica
As análises térmicas das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma e pó de cúrcuma
foram realizadas no Laboratório de Métodos de Extração e Separação, Instituto de
Química/UFG. As microcápsulas foram submetidas à técnica de Calorimetria Exploratória
Diferencial (DSC) para a obtenção da curva de cristalização (energia envolvida) e
determinação da temperatura de transição vítrea, parâmetro essencial para estudo de
estabilidade oxidativa. A estabilidade térmica das microcápsulas foi realizada pela
Termogravimetria (TG) para verificação da decomposição do pó de microcápsula frente ao
aumento da temperatura.
2.3 ANÁLISES TÉRMICAS
2.3.1 Ensaios de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
As curvas DSC das microcápsulas foram feitas em calorímetro (modelo DSC 882e,
marca Mettler Toledo), controlado pelo software Stare SW versão 10.0. O instrumento foi
calibrado por índium (ponto de fusão= 156,61°C, entalpia de fusão= 216,73J.g-1) de e n-
dodecano (ponto de fusão= -9,65°C, entalpia de fusão= 28,45J.g-1). As microcápsulas (8-
10mg) foram pesadas em cadinhos de alumínio de tampa aberta e as curvas DSC das
microcápsulas foram obtidas a partir da redução da temperatura a -60°C, seguida de
aquecimento até 250°C, sob a taxa de congelamento de 2°C.min-1. O nitrogênio seco foi
injetado na célula do calorímetro sob a taxa de fluxo igual a 50 cm³.min-1.
2.3.2 TERMOGRAVIMETRIA (TERMOGRAVIMETRIA)
As curvas de estabilidade térmica TG foram obtidas usando equipamento (modelo
TG/SDTA 851e, marca Mettler Toledo). As microcápsulas (8-10mg) foram pesadas em
cadinhos de alumínio de tampa aberta e aquecidas com temperatura inicial de 25°C até 650°C,
74
sob uma taxa de aquecimento de 10°C.min-1. As análises foram realizadas utilizando duas
atmosferas dinâmicas: nitrogênio e ar atmosférico com vazão de 50 mL.min-1.
75
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 DETERMINAÇÃO DAS ISOTERMAS DE SORÇÃO
As curvas de isotermas de adsorção de umidade das microcápsulas de oleorresina de
cúrcuma (MOC) (Figura 2) e aglomerado de cúrcuma (MAC) (Figura 3) suspensos em óleo
de canola, tendo concentrado proteico de soro do leite como material encapsulante, foram
determinadas nas temperaturas de 20°C, 30°C e 40°C. Avaliando primeiramente as isotermas
da microcápsula de oleorresina de cúrcuma, constatou-se que o comportamento apresentado
foi típico do tipo II e que elas foram semelhantes sob as temperaturas estudadas, a partir de
um valor de atividade água (aw) 0,5, sendo que, com o aumento da temperatura, diminuiu a
tendência da capacidade de absorção de água pelo pó da microcápsula.
Figura 2. Isotermas de adsorção de água das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma em
concentrado proteíco de soro de leite determinadas a 20°C, 30°C e 40°C.
Os parâmetros de ajustes dos modelos de isotermas das microcápsulas de oleorresina
de cúrcuma, coeficientes de correlação e os erros médios foram apresentados (Tabela 1).
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
20 graus
30 graus
40 graus
Um
idad
e
Atividade de água (aw)
76
Tabela 1. Parâmetros dos ajustes dos modelos isotermas de adsorção das microcápsulas de
oleorresina de cúrcuma, os coeficientes de correlação (R²) e os erros médios relativos (%E)
Modelo Parâmetro UMIDADE (g/g)
20°C 30°C 40°C
Xm 0,8916 0,2159 0,1199
GAB CGAB 0.,0714 0,3605 0,4583
KGAB 0,7085 0,4312 0,5199
R² 1 0,9997 0,999
E(%) 11,1203 8,1981 8,4195
Xm 0,1194 0,1902 0,2683
BET (2 Parâmetros) CBET 0,3251 0,2064 0,1332
R² 0,9897 0,9818 0,9744
E(%) 6,2271 5,4035 5,0330
Xm 0,2705 0,1944 0,1274
Brunauer et al. CBET 0,1388 0,1993 0,2777
n 68,5510 58,5656 83,8451
R² 0,9878 0,9812 0,9738
E(%) 6,1305 5,3972 5,0238
A 0,0341 0,0373 0,0330
Oswin B 0,3156 0,3415 0,4866
R²
E(%)
0,9959
7,4977
0,9948
6,5843
0,9886
6,3919
Analisando os dados apresentados, verificou-se que os coeficientes de correlação (R²)
revelaram um bom ajuste dos modelos GAB, para todas as temperaturas, e Oswuin, para 20°C
e 30°C, em relação às isotermas de adsorção das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma
com valores maiores que 0,99. Entretanto, para os modelos Oswin na temperatura de 40°C,
Brunauer e BET de 2 parâmetros nas três temperaturas, notou-se que o ajuste não foi tão bom,
com coeficientes de correlação chegando próximo de 0,97.
Contudo, considerando-se os menores valores do erro médio relativo (E), percebeu-se
que o modelo Brunauer foi o que melhor se ajustou para as isotermas de adsorção das
microcápsula em todas as temperaturas, seguido do modelo BET de 2 parâmetros.
Em relação ao conteúdo de umidade na monocamada (Xm) pôde-se constatar que para
as temperaturas de 20°C e 30°C foi maior pelo modelo de GAB e, na temperatura de 40°C
maior pelo modelo de BET de dois parâmetros.
77
Comparando-se os modelos estudados verificou-se que o modelo BET de 2 parâmetros
foi o que melhor se ajustou para a amostra estudada, tendo em vista os maiores valores de
correlação (R2) e os menores valores de erro médio relativo (E).
Quanto às microcápsulas de aglomerado de cúrcuma suspenso em óleo de canola, as
curvas das isotermas de adsorção (Figura 2) apresentaram comportamento um pouco diferente
ao verificado no outro tipo de microcápsula estudado. Visualizou-se, também comportamento
típico do ajuste de tipo II, porém, foi possível notar que, com o aumento da temperatura houve
também aumento da tendência à absorção de água.
Figura 3. Isotermas de adsorção de água das microcápsulas de oleorresina de cúrcuma em
concentrado proteico de soro de leite determinadas a 20°C, 30°C e 40°C.
Os parâmetros de ajustes dos modelos de isotermas das microcápsulas de oleorresina
de cúrcuma, coeficientes de correlação e os erros médios foram apresentados (Tabela 2).
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
20 graus
30 graus
40 graus
Atividade de água (aw )
78
Tabela 2. Parâmetros dos ajustes dos modelos isotermas de adsorção das microcápsulas de pó
de cúrcuma, os coeficientes de correlação (R²) e os erros médios relativos (%E)
Modelo Parâmetro UMIDADE (g/g)
20°C 30°C 40°C
Xm 0,8997 0,2765 0,8764
GAB CGAB 0,1346 0,4386 0,1350
KGAB 0,7444 0,4630 0,7178
R² 1 0,9995 1
E(%) 10,5545 12,4346 6,3741
Xm 0,0674 0,1490 0,0990
BET (2 Parâmetros) CBET 1,3308 0,4993 0,8362
R² 0,9953 0,9884 0.9932
E(%) 9,5792 15,9886 4,6649
Xm 1,9318 0,0210 0,8520
Brunauer et al. CBET 0,0475 1,6508 0,0975
n 98,5408 6,4981 40,7556
R² 0,9972 0,9328 0,9932
E(%) 9,4408 16,0357 4,6649
A 0,0916 0,0692 0,0812
Oswin B 0,0837 0,3280 0,1790
R² 0,9997 0,9954 0,9989
E(%) 10,0670 13,8717 5,6506
Em relação aos valores apresentados observou-se que os coeficientes de correlação
(R²) revelaram um bom ajuste para os modelos GAB e Oswuin, para todas as temperaturas, e
para BET de 2 parâmetros e Brunauer nas temperaturas de 20°C e 40°C.
Tendo em vista os menores valores do erro médio relativo (E), percebeu-se que o
modelo Brunauer foi o que melhor se ajustou para as isotermas de adsorção das microcápsula
na temperatura de 20°C e se mostrou semelhante ao BET de 2 parâmetros para a temperatura
de 40°C, enquanto que o modelo GAB foi o que melhor se ajustou para a temperatura de
30°C. Quanto ao conteúdo de umidade na monocamada (Xm) foi constatado que, para todas
as temperaturas foi menor pelo modelo de BET de dois parâmetros.
Foram apresentadas as isotermas de adsorção para as MOC com os valores práticos e
os teóricos nas temperaturas de 20°C, 30°C e 40°C, respectivamente (ANEXO 1).
Analisando as curvas obtidas, observou-se que as isotermas de adsorção das MOC nas
três temperaturas citadas apresentaram formato sigmoide (Tipo II), segundo a classificação de
BET (AL-MUHTASEB; MCMINN; MAGEE, 2002), semelhante ao padrão verificado em
outro estudo com microcápsulas de óleo de café em isolado proteico de soro de leite e
maltodextrina (FRASCARELI et al., 2012a). As isotermas de adsorção para as MAC com os
79
valores práticos e os teóricos nas temperaturas de 20°C, 30°C e 40°C, respectivamente foram
apresentadas (ANEXO 2).
A partir da análise das curvas observa-se um formato sigmoidal, sendo também
classificadas como tipo II, corroborando os dados teóricos. Esse comportamento foi
semelhante ao de outro estudo (COMUNIAN et al., 2011), que avaliou isotermas de adsorção
de microcápsulas de clorofilida em goma arábica, maltodextrina ou isolado proteico de soja.
O comportamento verificado para ambas as amostras pode estar associado com a estrutura
química do material de parede, uma vez que a proteína do soro de leite tem menos grupos
hidrofílicos disponíveis para interação com a água, sendo menos higroscópico quando
comparado a materiais polissacarídicos como, por exemplo, a goma arábica (FRASCARELI
et al., 2012a).
3.2 ANÁLISES TÉRMICAS
3.2.1 Ensaios de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC)
A análise de calorimetria diferencial exploratória é utilizada para determinar as
mudanças de estado físico, como cristalização ou fusão, sendo bastante difundida estudos de
estabilidade de microcápsulas para determinação do intervalo de temperatura em que ocorre a
transição vítrea.
As curvas de DSC das microcápsulas de oleorresina e das microcápsulas de
aglomerado de cúrcuma suspensos em óleo de canola estão apresentadas (ANEXO 3), e após
avaliação das mesmas pôde-se observar que se trata de um processo exotérmico para MOC,
com pico em torno de 150°C e endotérmico para MAC, com pico em torno de 138°C.
3.2.2 Termogravimetria (TG)
Análises de termogravimetria (TG) foram realizadas e evidenciaram a perda de massa
das microcápsulas de olerresina e de aglomerado de cúrcuma (ANEXO 4). Observou-se que
MOC apresentou indícios de duas etapas de decomposição térmica, a primeira entre 0 e
400°C, e a segunda entre 400°C e 600°C, entretanto os resultados precisam ser reforçados por
mais análises.
80
4 CONCLUSÕES
Tendo em vista o estudo realizado concluiu-se que o modelo BET de 2 parâmetros foi
o que melhor se ajustou para a microcápsula de oleorresina de cúrcuma, enquanto que o
modelo de Brunauer et. al foi o que melhor se ajustou para a microcápsula de aglomerado de
cúrcuma na temperatura de 20°C e mostrando-se semelhante ao modelo BET de 2 parâmetros
para a temperatura de 40°C. O modelo de GAB foi o que melhor se ajustou para a temperatura
de 30°C.
As microcápsulas de oleorresina de apresentaram boa estabilidade térmica sob
temperaturas que não ultrapassassem 225°C e há indícios de que sua decomposição, sob
condições de ar atmosférico, ocorrerá em 2 etapas. Já as microcápsulas de aglomerado de
cúrcuma apresentaram boa estabilidade sob temperaturas de até 250°C, com indícios de
decomposição também em duas etapas, entretanto são necessários novos estudos, como por
exemplo a aplicação da derivada de termogravimetria (DTG) e análise dos padrões das
amostras estudadas para se concluir a caracterização térmica das amostras tratadas.
81
REFERÊNCIAS
AL-MUHTASEB, A. H. .; MCMINN, W. A. M. .; MAGEE, T. R. A. Moisture sorption
isotherm characteristics of food products : a review. Trans ICheme, v. 80, p. 118-128, 2002.
AUGUSTIN, M. A., HEMAR, Y. Nano- and micro-structured assemblies for encapsulation of
food ingredients. Chemical Society Reviews, v.38, p. 902–912, 2009.
COMUNIAN, T. A.; MONTERREY-QUINTERO, E. S.; THOMAZINI, M.; BALIEIRO, J.
C. C.; PICCONE, P.; PITTIA, P.; FAVARO-TRINDADE, C. S. Assessment of production
efficiency, physicochemical properties and storage stability of spray-dried chlorophyllide, a
natural food colourant, using gum Arabic, maltodextrin and soy protein isolate-based carrier
systems. International Journal of Food Science and Technology, v. 46, p.1259–1265,
2011.
FAVARO-TRINDADE, C. S.; PINHO, S. C.; ROCHA, G. A. Revisão: microencapsulação de
ingredientes alimentícios. Brazilian Journal of Food Technology, v. 11, p. 103-112, 2008.
FRASCARELI, E. C.; SILVA, V. M.;TONON, R. V.; HUBINGER, M. D. Determination of
critical storage conditions of coffee oil microcapsules by coupling water sorption isotherms
and glass transition temperature. International Journal of Food Science e Technology, v.
47, n. 5, p. 1044-1054, 2012a.
FILHO, A. B. C.; SOUZA, R. J.; BRAZ, L. T.; TAVARES, M. Cúrcuma: Planta Medicinal,
Condimentar e de Outros Usos Potenciais". Ciência Rural, Santa Maria, v. 30, n. 1, p. 171-
175, 2000.
GOVINDARAJAN, V. S. Turmeric-Chemistry, Technology and Quality. Food Science
Nutrition. v.12, n.3, p.199-301, 1980.
LORENZI, H. E.; MATOS, F. J. A. Plantas medicinais no Brasil/ Nativas e exóticas. Nova
Odessa, Instituto Plantarum. 512 p, 2002.
ROSENBERG, M.; TALMON, Y.; KOPELMAN, I. J. Factors affecting retention in spray-
drying microencapsulation of volatile materials. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, v. 36, p. 1288-1294, 1990.
ROSERGARTEN, F. J. The Book of Spices. Pyramid Communications, New York, 1973.
SILVA, L. V., NELSON, D. L., DRUMMOND, M. F. B., DUFOSSÉ, L. e GLÓRIA, M. B.
A. Comparison of hydrodistillation methods for the deodorization of turmeric. Food
Research International, 8–9, p.1087–1096, 2005.
SHARMA, R. A.; GESCHER, A. J.; STEWARD, W. P. Curcumin: the story so far. European
Journal of Cancer, v. 41, n.13, p. 1955–1968, 2005.
TONON, R. V.; BARONI, A.F.; BRABET, C.; GIBERT, O.; PALLET, D.; HUBINGER, M.
D. . Water sorption and glass transition temperature of spray dried açai (Euterpe oleracea
Mart.) juice. Journal of Food Engineering, v. 94, n. 3-4, p. 215-221, out. 2009.
82
TUBA, A., ILHAMI, G. Antioxidant and radical scavenging properties of curcumin. Journal
of Chemico–Biological Interactions, v. 174, p. 27–37, 2008.
83
CONCLUSÃO GERAL
Considerando-se os dados avaliados no presente estudo foi possível concluir que:
- O método de secagem por spray dryer constitui-se como uma metodologia adequada para a
secagem de microcápsulas contendo oleorresina de cúrcuma e pó de cúrcuma em óleo de
canola, em concentrado proteico de soro do leite;
- Dentre os núcleos estudados, a olerresina de cúrcuma revelou-se como um agente
antimicrobiano em potencial, levando-se em consideração a concentração a ser utilizada para
inibição patogênica;
- As microcápsulas apresentaram bom comportamento quando submetidas às análises
térmicas e de adsorção de água.
- Mais estudos devem ser realizados a fim de elucidar conclusivamente os aspectos abordados
sobre as microcápsulas e o extrato desenvolvidos.
84
ANEXOS
85
ANEXO 1 - ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DE MICROCÁPSULAS DE
OLEORRESINA DE CÚRCUMA PARA OS MODELOS GAB, BET, BRUNAUER E
OSWIN A 20, 30 E 40°C, RESPECTIVAMENTE.
0,000000
0,010000
0,020000
0,030000
0,040000
0,050000
0,060000
0,070000
0,080000
0,090000
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000
Umidade Prática (g/g)
GAB
BET 2 Parâmetros
BET 3 Parâmetros
Oswin
Polinômio (GAB)
Polinômio (BET 2 Parâmetros)
Polinômio (BET 3 Parâmetros)
Polinômio (Oswin)
0,000000
0,010000
0,020000
0,030000
0,040000
0,050000
0,060000
0,070000
0,080000
0,090000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Umidade Prática (g/g)
GAB
BET 2 Parâmetros
BET 3 Parâmetros
Oswin
Polinômio (GAB)
Polinômio (BET 2 Parâmetros)
Polinômio (BET 3 Parâmetros)
Polinômio (Oswin)
0,000000
0,010000
0,020000
0,030000
0,040000
0,050000
0,060000
0,070000
0,080000
0,090000
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000
Umidade Prática (g/g)
GAB
BET 2 Parâmetros
BET 3 Parâmetros
Oswin
Polinômio (GAB)
Polinômio (BET 2 Parâmetros)
Polinômio (BET 3 Parâmetros)
Polinômio (Oswin)
86
ANEXO 2 - ISOTERMAS DE ADSORÇÃO DE MICROCÁPSULAS DE
AGLOMERADO DE CÚRCUMA PARA OS MODELOS GAB, BET, BRUNAUER E
OSWIN A 20, 30 E 40°C, RESPECTIVAMENTE.
0,000000
0,020000
0,040000
0,060000
0,080000
0,100000
0,120000
0,140000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Umidade Prática (g/g)
GAB
BET 2 Parâmetros
BET 3 Parâmetros
Oswin
Polinômio (GAB)
Polinômio (BET 2 Parâmetros)
Polinômio (BET 3 Parâmetros)
Polinômio (Oswin)
-0,020000
0,000000
0,020000
0,040000
0,060000
0,080000
0,100000
0,120000
0,140000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Umidade Prática (g/g)
GAB
BET 2 Parâmetros
BET 3 Parâmetros
Oswin
Polinômio (GAB)
Polinômio (BET 2 Parâmetros)
Polinômio (BET 3 Parâmetros)
Polinômio (Oswin)
0,000000
0,020000
0,040000
0,060000
0,080000
0,100000
0,120000
0,140000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Umidade Prática (g/g)
GAB
BET 2 parâmetros
BET 3 Parâmetros
Oswin
Polinômio (GAB)
Polinômio (BET 2 parâmetros)
Polinômio (BET 3 Parâmetros)
Polinômio (Oswin)
87
ANEXO 3 - CURVAS DSC DAS MICROCÁPSULAS DE OLEORRESINA E
AGLOMERADO DE CÚRCUMA, RESPECTIVAMENTE.
88
ANEXO 4 – CURVAS DE ESTABILIDADE TÉRMICA TG DAS MICROCÁPSULAS
DE OLEORRESINA E DE AGLOMERADO DE CÚRCUMA, RESPECTIVAMENTE.